JP4902196B2 - Nonvolatile semiconductor memory device - Google Patents

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この発明は、不揮発性半導体記憶装置に関し、より詳細には、電荷の多寡により情報を記憶するメモリ機能体を2つ備えたメモリセルをマトリクス状に配列したアレイ構成を有する不揮発性半導体記憶装置に関する。   The present invention relates to a nonvolatile semiconductor memory device, and more particularly to a nonvolatile semiconductor memory device having an array configuration in which memory cells each having two memory function bodies for storing information according to the amount of charge are arranged in a matrix. .

従来、MONOSメモリでは、電荷保持層として絶縁膜を用いており、また、この電荷保持層と基板間に酸化膜が形成されている。当該MONOSメモリ構造において、電荷保持層と基板間の酸化膜を薄くすると、トンネル電流によるチャージロスが発生しやすくなるため、メモリとしての信頼性の低下が危惧される。   Conventionally, in the MONOS memory, an insulating film is used as a charge holding layer, and an oxide film is formed between the charge holding layer and the substrate. In the MONOS memory structure, if the oxide film between the charge retention layer and the substrate is thin, charge loss due to a tunnel current is likely to occur, and there is a concern that the reliability of the memory may be reduced.

また、書き込み・消去動作に関しては、FN(ファウラー・ノルドハイム)トンネル電流が用いられるが、FNトンネル電流による書き込み・消去を実現するには、高電圧動作が要求される。更に、高信頼性且つ低電圧動作を実現するには、ホットエレクトロン書き込み及びバンド間トンネリングホットホール消去が望ましい。その上、更に大容量化を図るには、NAND型アレイ構造が望まれる。   For write / erase operations, FN (Fowler-Nordheim) tunnel current is used, but high voltage operation is required to realize write / erase by FN tunnel current. Furthermore, hot electron writing and band-to-band tunneling hot hole erasing are desirable to achieve high reliability and low voltage operation. In addition, in order to further increase the capacity, a NAND array structure is desired.

また、下記の特許文献1には、ホットエレクトロン書き込みを採用したNAND型アレイが、SI(Source Side Injection)−NAND型フラッシュメモリとして報告されており、図1に示すように、補助ゲート1とメモリセルトランジスタ2が直列接続されたアレイ構成を有している。   Also, in the following Patent Document 1, a NAND type array employing hot electron writing is reported as an SI (Source Side Injection) -NAND type flash memory. As shown in FIG. It has an array configuration in which cell transistors 2 are connected in series.

特許第3020355号明細書Japanese Patent No. 3020355

しかしながら、図2に示すような従来のNAND型アレイは、浮遊ゲート3と制御ゲート4からなるスタックゲート5を、拡散層6を介して直列接続したメモリセルアレイ構成を有し、メモリセルの集積密度の点で有利であるが、上述したようにFNトンネル電流にて、書き込み及び消去を行っており、高信頼性且つ低電圧動作を実現する上で障害となり好ましくない。また、1つのメモリセル内に2ビットを記憶するための書き込みを行うには、チャンネルホットエレクトロン書き込みが必要となるため問題となる。   However, the conventional NAND type array as shown in FIG. 2 has a memory cell array configuration in which a stack gate 5 composed of a floating gate 3 and a control gate 4 is connected in series via a diffusion layer 6, and the integration density of the memory cells. However, as described above, writing and erasing are performed with the FN tunnel current, which is an obstacle to realizing high reliability and low voltage operation. Further, in order to perform writing for storing 2 bits in one memory cell, channel hot electron writing is required, which is a problem.

また、図1に示すようなSI−NAND型アレイ構成では、各メモリセルトランジスタ2が補助ゲート1を介して直列に接続されているため、補助ゲート1と拡散層6間に高電界を印加することにより発生させるホットホール注入による消去は困難であった。   Further, in the SI-NAND array configuration as shown in FIG. 1, each memory cell transistor 2 is connected in series via the auxiliary gate 1, so that a high electric field is applied between the auxiliary gate 1 and the diffusion layer 6. Therefore, it is difficult to erase by hot hole injection.

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、NAND型アレイ構成にて、ホットエレクトロン書き込み、及び、バンド間トンネリングによるホットホール消去が可能で低電圧動作及び大容量化に適した不揮発性半導体記憶装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above problems, and its object is to achieve low voltage operation and increase in capacity by enabling hot electron writing and hot hole erasing by band-to-band tunneling in a NAND array configuration. An object of the present invention is to provide a suitable nonvolatile semiconductor memory device.

上記目的を達成するための本発明に係る不揮発性半導体記憶装置は、半導体表面上に形成された2つの拡散領域と、前記2つの拡散領域間のチャネル領域上の前記拡散領域の一方側に近接する第1チャネル領域上に形成された電荷の多寡により情報を記憶するメモリ機能体と制御ゲートからなる第1メモリトランジスタ部と、前記チャネル領域上の前記拡散領域の他方側に近接する第2チャネル領域上に形成された電荷の多寡により情報を記憶するメモリ機能体と制御ゲートからなる第2メモリトランジスタ部と、前記チャネル領域の内の前記第1チャネル領域と前記第2チャネル領域の中間に位置する第3チャネル領域上に形成されたゲート絶縁膜と補助ゲートからなる補助トランジスタ部と、を有するスプリットゲート構造のメモリセルユニットを、直列に複数接続したNAND型構成のメモリセルユニット群を備えてなり、前記メモリセルユニット群が、隣接する前記メモリセルユニット間で一方の前記拡散領域を共有し、共有した前記拡散領域にコンタクトを具備しないことを特徴とする。   In order to achieve the above object, a nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention includes two diffusion regions formed on a semiconductor surface and one side of the diffusion region on a channel region between the two diffusion regions. A memory function body that stores information according to the amount of charge formed on the first channel region and a first memory transistor unit comprising a control gate, and a second channel adjacent to the other side of the diffusion region on the channel region A memory function body for storing information according to the amount of charge formed on the region and a second memory transistor portion comprising a control gate; and a position between the first channel region and the second channel region in the channel region A memory cell having a split gate structure having a gate insulating film formed on the third channel region and an auxiliary transistor portion including an auxiliary gate The memory cell unit group having a NAND type configuration in which a plurality of knits are connected in series, the memory cell unit group sharing one diffusion region between adjacent memory cell units, and sharing the diffusion region No contact is provided.

更に、本発明に係る不揮発性半導体記憶装置は、上記特徴に加え、前記メモリセルユニット単位で、前記第1及び第2メモリトランジスタ部の前記制御ゲートに同一電圧を印加可能であることを特徴とする。   Further, in addition to the above characteristics, the nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention can apply the same voltage to the control gates of the first and second memory transistor units in units of the memory cell unit. To do.

更に、本発明に係る不揮発性半導体記憶装置は、上記何れかの特徴に加え、前記第1及び第2メモリトランジスタ部の前記メモリ機能体と前記制御ゲートが、前記補助トランジスタ部の前記補助ゲートの両側に、サイドウォール状に自己整合的に形成されていることを特徴とする。   Furthermore, in addition to any of the above features, the nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention includes the memory function body and the control gate of the first and second memory transistor portions, It is characterized by being formed in a side wall shape in a self-aligned manner on both sides.

更に、本発明に係る不揮発性半導体記憶装置は、上記何れかの特徴に加え、前記メモリセルユニット群の両端に位置する前記拡散領域の一方が2本のビット線の一方に接続し、他方が前記2本のビット線の他方に接続して、複数の前記メモリセルユニット群が前記2本のビット線の延伸方向に沿って前記2本のビット線間に並列接続してなることを特徴とする。   Furthermore, in addition to any of the above features, the nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention has one of the diffusion regions located at both ends of the memory cell unit group connected to one of the two bit lines, and the other being A plurality of the memory cell unit groups are connected in parallel between the two bit lines along the extending direction of the two bit lines, connected to the other of the two bit lines. To do.

更に、本発明に係る不揮発性半導体記憶装置は、上記何れかの特徴に加え、互いに平行な複数のビット線の並列方向に前記メモリセルユニット群を複数配列してなり、前記メモリセルユニット群の両端に位置する前記拡散領域の一方が2本の前記ビット線の一方に接続し、他方が前記2本のビット線の他方に接続し、前記並列方向に隣接する2つの前記メモリセルユニット群は、前記メモリセルユニット群の両端に位置する前記拡散領域の一方同士が、1本の前記ビット線に共通に接続することを特徴とする。   Furthermore, in addition to any of the above features, the nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention includes a plurality of memory cell unit groups arranged in a parallel direction of a plurality of bit lines parallel to each other. One of the diffusion regions located at both ends is connected to one of the two bit lines, the other is connected to the other of the two bit lines, and the two memory cell unit groups adjacent in the parallel direction are One of the diffusion regions located at both ends of the memory cell unit group is commonly connected to one bit line.

更に、本発明に係る不揮発性半導体記憶装置は、上記の特徴に加え、前記メモリセルユニット群の1つの前記メモリセルユニットの書き込みは、書き込み対象の前記メモリセルユニットを含む前記メモリセルユニット群の両端に位置する前記拡散領域の夫々が各別に接続する2本の前記ビット線を選択ビット線とし、前記選択ビット線でない前記ビット線を非選択ビット線とした場合に、2本の前記選択ビット線の内の印加電圧が高い方の前記選択ビット線に隣接する前記非選択ビット線に所定の電圧を印加し、その他の前記非選択ビット線に接地電圧を印加するか、或いは、フローティング状態とすることにより行うことを特徴とする。   Furthermore, in addition to the above characteristics, the nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention can write data in one memory cell unit of the memory cell unit group by using the memory cell unit group including the memory cell unit to be written. When the two bit lines respectively connected to the diffusion regions located at both ends are selected bit lines, and the bit lines that are not the selected bit lines are non-selected bit lines, the two selected bits A predetermined voltage is applied to the non-selected bit line adjacent to the selected bit line having a higher applied voltage in the line, and a ground voltage is applied to the other non-selected bit lines, or a floating state is set. It is characterized by performing by doing.

更に、本発明に係る不揮発性半導体記憶装置は、上記何れかの特徴に加え、前記メモリセルユニット群の1つの前記メモリセルユニットの書き込みは、前記メモリセルユニット群の両端に位置する前記拡散領域間に書き込み電圧を印加し、書き込み対象の前記メモリセルユニットの前記第1または第2メモリトランジスタ部の前記メモリ機能体に、前記第3チャネル領域側からホットエレクトロン注入することにより行うことを特徴とする。   Furthermore, in addition to any one of the above features, the nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention writes the memory cell unit of one of the memory cell unit groups in the diffusion region located at both ends of the memory cell unit group. A write voltage is applied in between, and hot electrons are injected into the memory function body of the first or second memory transistor portion of the memory cell unit to be written from the third channel region side. To do.

更に、本発明に係る不揮発性半導体記憶装置は、上記何れかの特徴に加え、前記メモリセルユニット群の1つの前記メモリセルユニットの消去は、前記メモリセルユニット群の両端に位置する前記拡散領域の少なくとも一方から供給される消去用正電圧を、消去対象の前記メモリセルユニットの2つの前記拡散領域の内の少なくとも何れか一方に印加し、前記消去用正電圧を印加された前記拡散領域から前記メモリ機能体にホットホール注入することにより行うこと、或いは、前記メモリセルユニット群の両端に位置する前記拡散領域の両方から供給される消去用正電圧を、消去対象の前記メモリセルユニットの2つの前記拡散領域に印加し、前記消去用正電圧を印加された2つの前記拡散領域から2つの前記メモリ機能体に各別にホットホール注入することにより行うことを特徴とする。ここで、前記メモリセルユニット群の1つの前記メモリセルユニットの消去時に、消去対象の前記メモリセルユニットの前記制御ゲートに消去用負電圧を印加すること、更には、消去対象の前記メモリセルユニットの補助ゲートに負電圧を印加することが好ましい。   Furthermore, in addition to any one of the above features, the nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention can erase one of the memory cell units of the memory cell unit group by using the diffusion region located at both ends of the memory cell unit group. The erasing positive voltage supplied from at least one of the memory cell units is applied to at least one of the two diffusion regions of the memory cell unit to be erased, and the erasing positive voltage is applied from the diffusion region. It is performed by injecting hot holes into the memory function body, or a positive voltage for erasure supplied from both of the diffusion regions located at both ends of the memory cell unit group is set to 2 of the memory cell unit to be erased. Hot diffusion is applied to each of the two memory functional units from the two diffusion regions to which the positive voltage for erasure is applied. And performing by Le injection. Here, when erasing one of the memory cell units of the memory cell unit group, applying an erasing negative voltage to the control gate of the memory cell unit to be erased, and further, the memory cell unit to be erased It is preferable to apply a negative voltage to the auxiliary gate.

尚、前記メモリセルユニットの消去をホットホール注入に代えてホットエレクトロン注入で行い、前記メモリセルユニットの書き込みをホットホール注入で行うようにしても構わない。つまり、書き込み及び消去は、何れもメモリ機能体の電荷蓄積量の変化と捉えれば、ホットホール注入による変化とホットエレクトロン注入による変化の何れを、書き込みまたは消去としても扱っても構わないということである。   The memory cell unit may be erased by hot electron injection instead of hot hole injection, and the memory cell unit may be written by hot hole injection. In other words, if both writing and erasing are regarded as changes in the amount of charge accumulated in the memory function body, either the change due to hot hole injection or the change due to hot electron injection may be treated as writing or erasing. is there.

以下に、本発明に係る不揮発性半導体記憶装置(適宜、「本発明装置」と称す)、及び、そのメモリ動作に係る制御方法の一実施の形態を、図面に基づき説明する。   DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of a nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention (referred to as “device of the present invention” as appropriate) and a control method related to the memory operation will be described below with reference to the drawings.

〈第1実施形態〉
図3に、本発明装置が備えるメモリセルユニット10とそのメモリセルユニット10を2つ直列接続してなるメモリセルユニット群30の概略構成を模式的に示す。図3(A)は、メモリセルユニット10の補助ゲート21と素子分離領域11とその間の活性領域12のみを示した平面図で、図3(B)は、図3(A)に示す活性領域12上のX−X’に沿った断面図である。図3(C)は、メモリセルユニット10を後述する3つのトランジスタ部で表した等価回路図である。
<First Embodiment>
FIG. 3 schematically shows a schematic configuration of a memory cell unit 10 provided in the device of the present invention and a memory cell unit group 30 formed by connecting two memory cell units 10 in series. 3A is a plan view showing only the auxiliary gate 21, the element isolation region 11 and the active region 12 between them, and FIG. 3B is an active region shown in FIG. 12 is a cross-sectional view taken along the line XX ′ on FIG. FIG. 3C is an equivalent circuit diagram in which the memory cell unit 10 is represented by three transistor portions described later.

図3に示すように、1つのメモリセルユニット10は、活性領域12内に形成された2つの拡散領域13と、その2つの拡散領域13間のチャネル領域14上に順番に配置された第1メモリトランジスタ部15と補助トランジスタ部17と第2メモリトランジスタ部16を備えて構成される。第1メモリトランジスタ部15と第2メモリトランジスタ部16は、2つの拡散領域13に夫々近接する第1チャネル領域14aと第2チャネル領域14b上に、電荷の多寡により情報を記憶するメモリ機能体18と制御ゲート19を積層して形成される。補助トランジスタ部17は、第1チャネル領域14aと第2チャネル領域14bの中間に位置する第3チャネル領域14c上に形成されたゲート絶縁膜20と補助ゲート21で構成される。より具体的には、補助ゲート21はポリシリコンまたはポリシリコンと金属サリサイド膜等を図3(A)に示すようにX−X’と直交するストライプパターン状に形成する。第1メモリトランジスタ部15と第2メモリトランジスタ部16の各メモリ機能体18と制御ゲート19は、補助トランジスタ部17を形成した後、補助トランジスタ部17上にメモリ機能体18と制御ゲート19となる膜を順次堆積してエッチバックすることにより、補助ゲート21の両側にサイドウォール状に自己整合的に形成される。メモリ機能体18は、例えば、シリコン酸化膜−シリコン窒化膜−シリコン酸化膜(ONO膜)等の電子を捕獲して蓄積する機能を有するトラッピング膜で形成され、制御ゲート19は、例えば、ポリシリコン等で形成される。拡散領域13は、第1メモリトランジスタ部15と第2メモリトランジスタ部16を形成した後に、各トランジスタ部15〜17をマスクとしてN型の不純物イオンを注入して形成される。尚、メモリセルユニット10は、1つのスプリットゲート型のメモリセルトランジスタとして構成され、2つの拡散領域13は、当該メモリセルトランジスタのソース電極及びドレイン電極となる。また、拡散領域13は、周辺回路用の周辺トランジスタのソース/ドレインと同時に形成されるため、浅い拡散層の形成が可能となる。   As shown in FIG. 3, one memory cell unit 10 includes two diffusion regions 13 formed in the active region 12 and first channels arranged in order on a channel region 14 between the two diffusion regions 13. The memory transistor unit 15, the auxiliary transistor unit 17, and the second memory transistor unit 16 are provided. The first memory transistor unit 15 and the second memory transistor unit 16 have a memory function body 18 for storing information on the first channel region 14a and the second channel region 14b adjacent to the two diffusion regions 13 according to the amount of charges. And the control gate 19 are stacked. The auxiliary transistor portion 17 includes a gate insulating film 20 and an auxiliary gate 21 formed on the third channel region 14c located between the first channel region 14a and the second channel region 14b. More specifically, the auxiliary gate 21 is formed of polysilicon or polysilicon and a metal salicide film in a stripe pattern orthogonal to X-X ′ as shown in FIG. The memory function body 18 and the control gate 19 of the first memory transistor section 15 and the second memory transistor section 16 become the memory function body 18 and the control gate 19 on the auxiliary transistor section 17 after forming the auxiliary transistor section 17. By sequentially depositing and etching back the film, both sides of the auxiliary gate 21 are formed in a self-aligned manner in a sidewall shape. The memory function body 18 is formed of a trapping film having a function of capturing and accumulating electrons, such as silicon oxide film-silicon nitride film-silicon oxide film (ONO film), and the control gate 19 is formed of, for example, polysilicon. Etc. are formed. The diffusion region 13 is formed by forming the first memory transistor portion 15 and the second memory transistor portion 16 and then implanting N-type impurity ions using the transistor portions 15 to 17 as a mask. The memory cell unit 10 is configured as one split gate type memory cell transistor, and the two diffusion regions 13 serve as a source electrode and a drain electrode of the memory cell transistor. Further, since the diffusion region 13 is formed simultaneously with the source / drain of the peripheral transistor for the peripheral circuit, a shallow diffusion layer can be formed.

第1メモリトランジスタ部15と第2メモリトランジスタ部16の各制御ゲート19は、図3(B)では、夫々分離して形成されているが、本実施形態では、回路上、同じ制御電圧を印加可能に構成している。   The control gates 19 of the first memory transistor unit 15 and the second memory transistor unit 16 are formed separately in FIG. 3B, but in this embodiment, the same control voltage is applied on the circuit. It is configured as possible.

本実施形態では、メモリセルユニット群30は、メモリセルユニット10を2つ直列接続して構成される。2つのメモリセルユニット10は、1つの拡散領域13bを共有する。また、メモリセルユニット群30の両端に位置する2つの拡散領域13a,13cは、図示しないが、後述するメモリ動作における信号の入出力端子として、コンタクトを介してメタル配線(ビット線)と接続することになる。中間の拡散領域13bは、2つのメモリセルユニット10を接続するための節点であり、信号の入出力端子として使用しないため、コンタクトを介してメタル配線と接続する必要は無い。従って、メモリセルユニット群30を構成するメモリセルユニット10の数が多いほど、記憶単位当たりのメモリセル面積が小さくなる。   In the present embodiment, the memory cell unit group 30 is configured by connecting two memory cell units 10 in series. Two memory cell units 10 share one diffusion region 13b. Although not shown, the two diffusion regions 13a and 13c located at both ends of the memory cell unit group 30 are connected to metal wirings (bit lines) through contacts as signal input / output terminals in a memory operation to be described later. It will be. The intermediate diffusion region 13b is a node for connecting the two memory cell units 10 and is not used as a signal input / output terminal. Therefore, it is not necessary to connect to the metal wiring through the contact. Therefore, the larger the number of memory cell units 10 constituting the memory cell unit group 30, the smaller the memory cell area per storage unit.

メモリセルユニット群30を構成するメモリセルユニット10が3以上の場合は、図3はその一部の2つの隣接するメモリセルユニット10を示している。   When the number of memory cell units 10 constituting the memory cell unit group 30 is three or more, FIG. 3 shows a part of two adjacent memory cell units 10.

次に、本発明装置のメモリセルユニット群30に対するメモリ動作(データの読み出し動作、書き込み動作、及び、消去動作)について説明する。ここで、全てのメモリ動作の説明において、図4〜図6に示すように、メモリセルユニット群30中の2つのメモリセルユニット10a,10bの制御ゲート19を夫々CG0,CG1とし、補助ゲート21を夫々WL0、WL1とし、4つのメモリトランジスタ部15,16を夫々M0A,M0B,M1A,M1Bとする。そして、メモリセルユニット群30の両端に位置する2つの拡散領域13a,13cをSD0,SD2とし、中間の拡散領域13bをSD1とする。   Next, the memory operation (data read operation, write operation, and erase operation) for the memory cell unit group 30 of the device of the present invention will be described. Here, in the description of all the memory operations, as shown in FIGS. 4 to 6, the control gates 19 of the two memory cell units 10a and 10b in the memory cell unit group 30 are CG0 and CG1, respectively, and the auxiliary gate 21 Are WL0 and WL1, respectively, and the four memory transistor portions 15 and 16 are M0A, M0B, M1A and M1B, respectively. The two diffusion regions 13a and 13c located at both ends of the memory cell unit group 30 are SD0 and SD2, and the intermediate diffusion region 13b is SD1.

(読み出し動作)
図4を参照して、メモリセルユニット群30の任意のメモリトランジスタ部M0A,M0B,M1A,M1Bからの読み出し動作について説明する。
(Read operation)
With reference to FIG. 4, a read operation from any memory transistor unit M0A, M0B, M1A, M1B of the memory cell unit group 30 will be described.

メモリセルユニット10a側のメモリトランジスタ部M0Aの読み出し時には、図4(A)に示すように、先ず、SD0をソース,SD2をドレインとして、夫々に0Vと1.5V(読み出し電圧)を印加する。そして、非選択メモリセルユニット10b側を導通状態のトランスファーゲートとすべく、制御ゲートCG1と補助ゲートWL1に夫々7Vと3Vを印加してチャネル領域に反転層を形成する。これにより、選択メモリセルユニット10aは、SD0がソース、SD1がドレインとなり、SD0−SD1間に読み出し電圧が印加される。選択メモリセルユニット10a側の制御ゲートCG0と補助ゲートWL0に夫々0Vと3Vを印加し、補助トランジスタをオン状態にする。また、選択メモリセルユニット10aを流れるドレイン電流(読み出し電流)は、ドレインSD1からの拡散層の延びにより、ドレインSD1側のメモリトランジスタ部M0Bのメモリ記憶体の電荷蓄積量(書き込み状態か消去状態かの違い)に大きく影響されず、専ら、ソースSD0側の読み出し対象のメモリトランジスタ部M0Aのメモリ記憶体の電荷蓄積量により決定される。従って、メモリトランジスタ部M0Aのメモリ記憶体の電荷蓄積量(電子蓄積量)が多い程、メモリトランジスタ部M0Aの閾値電圧が高くなる。選択メモリセルユニット10a側の制御ゲートCG0への印加電圧0Vより、閾値電圧が高いとメモリトランジスタ部M0Aがオフして選択メモリセルユニット10aが非導通状態となり、閾値電圧が低いとメモリトランジスタ部M0Aがオンして選択メモリセルユニット10aが導通状態となり、メモリトランジスタ部M0Aの読み出しが可能となる。   At the time of reading from the memory transistor unit M0A on the memory cell unit 10a side, as shown in FIG. 4A, first, 0V and 1.5V (read voltage) are applied using SD0 as a source and SD2 as a drain, respectively. Then, 7V and 3V are applied to the control gate CG1 and the auxiliary gate WL1, respectively, so as to make the non-selected memory cell unit 10b side a conductive transfer gate, thereby forming an inversion layer in the channel region. Thereby, in the selected memory cell unit 10a, SD0 serves as a source and SD1 serves as a drain, and a read voltage is applied between SD0 and SD1. 0V and 3V are applied to the control gate CG0 and the auxiliary gate WL0 on the side of the selected memory cell unit 10a, respectively, and the auxiliary transistor is turned on. Also, the drain current (read current) flowing through the selected memory cell unit 10a is caused by the diffusion layer extending from the drain SD1, and the charge accumulation amount (whether written or erased) in the memory transistor of the memory transistor portion M0B on the drain SD1 side. And is determined largely by the charge storage amount of the memory storage body of the memory transistor portion M0A to be read on the source SD0 side. Therefore, the larger the charge accumulation amount (electron accumulation amount) of the memory storage body of the memory transistor portion M0A, the higher the threshold voltage of the memory transistor portion M0A. If the threshold voltage is higher than the applied voltage 0V to the control gate CG0 on the selected memory cell unit 10a side, the memory transistor unit M0A is turned off and the selected memory cell unit 10a is turned off. If the threshold voltage is lower, the memory transistor unit M0A Is turned on and the selected memory cell unit 10a becomes conductive, and the memory transistor portion M0A can be read.

次に、メモリセルユニット10a側のメモリトランジスタ部M0Bの読み出し動作について説明する。図4(B)に示すように、先ず、SD2をソース,SD0をドレインとして、夫々に0Vと1.5V(読み出し電圧)を印加する。そして、非選択メモリセルユニット10b側を導通状態のトランスファーゲートとすべく、制御ゲートCG1と補助ゲートWL1に夫々7Vと3Vを印加してチャネル領域に反転層を形成する。これにより、選択メモリセルユニット10aは、SD0がドレイン、SD1がソースとなり、SD0−SD1間に読み出し電圧が印加される。選択メモリセルユニット10a側の制御ゲートCG0と補助ゲートWL0に夫々0Vと3Vを印加し、補助トランジスタをオン状態にする。また、選択メモリセルユニット10aを流れるドレイン電流(読み出し電流)は、ドレインSD0からの拡散層の延びにより、ドレインSD0側のメモリトランジスタ部M0Aのメモリ記憶体の電荷蓄積量に大きく影響されず、専ら、ソースSD1側の読み出し対象のメモリトランジスタ部M0Bのメモリ記憶体の電荷蓄積量により決定される。従って、メモリトランジスタ部M0Bのメモリ記憶体の電荷蓄積量(電子蓄積量)が多い程、メモリトランジスタ部M0Bの閾値電圧が高くなる。選択メモリセルユニット10a側の制御ゲートCG0への印加電圧0Vより、閾値電圧が高いとメモリトランジスタ部M0Bがオフして選択メモリセルユニット10aが非導通状態となり、閾値電圧が低いとメモリトランジスタ部M0Bがオンして選択メモリセルユニット10aが導通状態となり、メモリトランジスタ部M0Bの読み出しが可能となる。   Next, a read operation of the memory transistor unit M0B on the memory cell unit 10a side will be described. As shown in FIG. 4B, first, 0V and 1.5V (read voltage) are applied to SD2 as a source and SD0 as a drain, respectively. Then, 7V and 3V are applied to the control gate CG1 and the auxiliary gate WL1, respectively, so as to make the non-selected memory cell unit 10b side a conductive transfer gate, thereby forming an inversion layer in the channel region. Thus, in the selected memory cell unit 10a, SD0 serves as a drain and SD1 serves as a source, and a read voltage is applied between SD0 and SD1. 0V and 3V are applied to the control gate CG0 and the auxiliary gate WL0 on the side of the selected memory cell unit 10a, respectively, and the auxiliary transistor is turned on. Further, the drain current (read current) flowing through the selected memory cell unit 10a is not largely influenced by the charge accumulation amount of the memory storage body of the memory transistor portion M0A on the drain SD0 side due to the extension of the diffusion layer from the drain SD0, and is exclusively. This is determined by the charge storage amount of the memory storage body of the memory transistor portion M0B to be read on the source SD1 side. Therefore, the larger the charge accumulation amount (electron accumulation amount) of the memory storage body of the memory transistor unit M0B, the higher the threshold voltage of the memory transistor unit M0B. When the threshold voltage is higher than the applied voltage 0V to the control gate CG0 on the selected memory cell unit 10a side, the memory transistor unit M0B is turned off and the selected memory cell unit 10a is turned off. When the threshold voltage is lower, the memory transistor unit M0B Is turned on and the selected memory cell unit 10a becomes conductive, and the memory transistor M0B can be read.

メモリセルユニット10b側のメモリトランジスタ部M1A,M1Bの読み出し動作については、上記メモリセルユニット10a側の動作に準じて行えばよいので、重複する説明は割愛する。   Since the read operation of the memory transistor units M1A and M1B on the memory cell unit 10b side may be performed in accordance with the operation on the memory cell unit 10a side, a duplicate description is omitted.

尚、メモリセルユニット群30を構成するメモリセルユニット10が3以上の場合は、非選択となるメモリセルユニット10が増えるだけで、選択及び非選択の制御ゲート19と補助ゲート21に対する電圧印加条件はメモリセルユニット10が2つの場合と同様に扱えばよい。   When the number of memory cell units 10 constituting the memory cell unit group 30 is three or more, only the number of memory cell units 10 that are not selected increases, and voltage application conditions for the control gate 19 and the auxiliary gate 21 that are selected and not selected. May be handled in the same manner as in the case of two memory cell units 10.

(書き込み動作)
次に、図5を参照して、メモリセルユニット群30の任意のメモリトランジスタ部M0A,M0B,M1A,M1Bへの書き込み動作について説明する。
(Write operation)
Next, with reference to FIG. 5, a write operation to an arbitrary memory transistor portion M0A, M0B, M1A, M1B of the memory cell unit group 30 will be described.

メモリセルユニット10a側のメモリトランジスタ部M0Aの書き込み時には、図5(A)に示すように、先ず、SD0をドレイン,SD2をソースとして、夫々に4V(書き込み電圧)と0Vを印加する。そして、非選択メモリセルユニット10b側を導通状態のトランスファーゲートとすべく、制御ゲートCG1と補助ゲートWL1に夫々10Vと7Vを印加してチャネル領域に反転層を形成する。これにより、選択メモリセルユニット10aは、SD0がドレイン、SD1がソースとなり、SD0−SD1間に書き込み電圧が印加される。選択メモリセルユニット10a側の制御ゲートCG0に10Vの書き込み電圧を印加し、補助ゲートWL0に補助トランジスタの閾値電圧に近い0.5Vを印加し、補助トランジスタを僅かにオン状態にすると、反対側のメモリトランジスタ部M0Bの書き込み状態に関係なく、SD0−SD1間に電流が流れる。つまり、書き込みに供する電子は、ソース(SD1)側からドレイン(SD0)側に流れる。ここで、選択メモリセルユニット10aのチャネル領域14のメモリトランジスタ部M0Aと補助ゲートWL0間には高電界が生じているので、ソース側(補助トランジスタのチャネル領域側)からメモリトランジスタ部M0Aのメモリ機能体に向けて加速されてホットエレクトロン注入され、メモリトランジスタ部M0Aへの書き込みが行われる。尚、反対側のメモリトランジスタ部M0Bに対しては、チャネル領域14のメモリトランジスタ部M0Bと補助ゲートWL0間には高電界が生じないため、電子は十分に加速されずにメモリトランジスタ部M0Bのメモリ機能体へはホットエレクトロン注入されない。   At the time of writing in the memory transistor unit M0A on the memory cell unit 10a side, as shown in FIG. 5A, first, 4V (write voltage) and 0V are applied using SD0 as a drain and SD2 as a source, respectively. Then, 10V and 7V are applied to the control gate CG1 and the auxiliary gate WL1, respectively, so as to make the non-selected memory cell unit 10b side a conductive transfer gate, thereby forming an inversion layer in the channel region. Thereby, in the selected memory cell unit 10a, SD0 serves as a drain and SD1 serves as a source, and a write voltage is applied between SD0 and SD1. When a write voltage of 10V is applied to the control gate CG0 on the selected memory cell unit 10a side, 0.5V close to the threshold voltage of the auxiliary transistor is applied to the auxiliary gate WL0, and the auxiliary transistor is turned on slightly, the opposite side A current flows between SD0 and SD1 regardless of the write state of the memory transistor portion M0B. That is, electrons used for writing flow from the source (SD1) side to the drain (SD0) side. Here, since a high electric field is generated between the memory transistor portion M0A in the channel region 14 of the selected memory cell unit 10a and the auxiliary gate WL0, the memory function of the memory transistor portion M0A from the source side (channel region side of the auxiliary transistor). Accelerated toward the body, hot electrons are injected, and writing to the memory transistor portion M0A is performed. For the memory transistor portion M0B on the opposite side, since a high electric field is not generated between the memory transistor portion M0B and the auxiliary gate WL0 in the channel region 14, electrons are not sufficiently accelerated and the memory of the memory transistor portion M0B Hot electrons are not injected into the functional body.

次に、メモリセルユニット10a側のメモリトランジスタ部M0Bの書き込み動作について説明する。図5(B)に示すように、先ず、SD2をドレイン,SD0をソースとして、夫々に4V(書き込み電圧)と0Vを印加する。そして、非選択メモリセルユニット10b側を導通状態のトランスファーゲートとすべく、制御ゲートCG1と補助ゲートWL1に夫々10Vと7Vを印加してチャネル領域に反転層を形成する。尚、この場合、ドレイン電圧4Vを、非選択メモリセルユニット10bを介して、選択メモリセルユニット10a側に供給するため、制御ゲートCG1の印加電圧は高めに設定する。これにより、選択メモリセルユニット10aは、SD1がドレイン、SD0がソースとなり、SD0−SD1間に書き込み電圧が印加される。選択メモリセルユニット10a側の制御ゲートCG0に10Vの書き込み電圧を印加し、補助ゲートWL0に補助トランジスタの閾値電圧に近い0.5Vを印加し、補助トランジスタを僅かにオン状態にすると、反対側のメモリトランジスタ部M0Aの書き込み状態に関係なく、SD0−SD1間に電流が流れる。つまり、書き込みに供する電子は、ソース(SD0)側からドレイン(SD1)側に流れる。ここで、選択メモリセルユニット10aのチャネル領域14のメモリトランジスタ部M0Bと補助ゲートWL0間には高電界が生じているので、ソース側(補助トランジスタのチャネル領域側)からメモリトランジスタ部M0Bのメモリ機能体に向けて加速されてホットエレクトロン注入され、メモリトランジスタ部M0Bへの書き込みが行われる。尚、反対側のメモリトランジスタ部M0Aに対しては、チャネル領域14のメモリトランジスタ部M0Aと補助ゲートWL0間には高電界が生じないため、電子は十分に加速されずにメモリトランジスタ部M0Aのメモリ機能体へはホットエレクトロン注入されない。   Next, a write operation of the memory transistor unit M0B on the memory cell unit 10a side will be described. As shown in FIG. 5B, first, 4V (write voltage) and 0V are applied to SD2 as a drain and SD0 as a source, respectively. Then, 10V and 7V are applied to the control gate CG1 and the auxiliary gate WL1, respectively, so as to make the non-selected memory cell unit 10b side a conductive transfer gate, thereby forming an inversion layer in the channel region. In this case, since the drain voltage 4V is supplied to the selected memory cell unit 10a via the non-selected memory cell unit 10b, the applied voltage of the control gate CG1 is set high. Thus, in the selected memory cell unit 10a, SD1 serves as a drain and SD0 serves as a source, and a write voltage is applied between SD0 and SD1. When a write voltage of 10V is applied to the control gate CG0 on the selected memory cell unit 10a side, 0.5V close to the threshold voltage of the auxiliary transistor is applied to the auxiliary gate WL0, and the auxiliary transistor is turned on slightly, the opposite side A current flows between SD0 and SD1 regardless of the write state of the memory transistor portion M0A. That is, electrons used for writing flow from the source (SD0) side to the drain (SD1) side. Here, since a high electric field is generated between the memory transistor portion M0B in the channel region 14 of the selected memory cell unit 10a and the auxiliary gate WL0, the memory function of the memory transistor portion M0B from the source side (channel region side of the auxiliary transistor). Accelerated toward the body, hot electrons are injected, and writing to the memory transistor portion M0B is performed. For the memory transistor portion M0A on the opposite side, since a high electric field is not generated between the memory transistor portion M0A in the channel region 14 and the auxiliary gate WL0, electrons are not sufficiently accelerated and the memory of the memory transistor portion M0A Hot electrons are not injected into the functional body.

上記の如く、メモリセルユニット10a側のメモリトランジスタ部M0A,M0Bの何れのメモリトランジスタ部に対しても、ソース側からのホットエレクトロン注入によるSSI(Source Side Injection)書き込みが行なわれることになり、注入効率を高くできるとともに、書き込み電流も小さくでき、且つ、ドレイン電圧を5V以下に低く抑えることが可能となり、低電圧化・低消費電流化が可能となる。   As described above, SSI (Source Side Injection) writing by hot electron injection from the source side is performed on any of the memory transistor units M0A and M0B on the memory cell unit 10a side. The efficiency can be increased, the write current can be reduced, and the drain voltage can be suppressed to 5 V or less, so that the voltage and current consumption can be reduced.

メモリセルユニット10b側のメモリトランジスタ部M1A,M1Bの書き込み動作については、上記メモリセルユニット10a側の動作に準じて行えばよいので、重複する説明は割愛する。   Since the write operation of the memory transistor units M1A and M1B on the memory cell unit 10b side may be performed in accordance with the operation on the memory cell unit 10a side, a duplicate description is omitted.

尚、メモリセルユニット群30を構成するメモリセルユニット10が3以上の場合は、非選択となるメモリセルユニット10が増えるだけで、選択及び非選択の制御ゲート19と補助ゲート21に対する電圧印加条件はメモリセルユニット10が2つの場合と同様に扱えばよい。   When the number of memory cell units 10 constituting the memory cell unit group 30 is three or more, only the number of memory cell units 10 that are not selected increases, and voltage application conditions for the control gate 19 and the auxiliary gate 21 that are selected and not selected. May be handled in the same manner as in the case of two memory cell units 10.

(消去方法)
次に、図6を参照して、メモリセルユニット群30の任意のメモリトランジスタ部M0A,M0B,M1A,M1Bの消去動作について説明する。
(Erase method)
Next, with reference to FIG. 6, the erasing operation of the arbitrary memory transistor units M0A, M0B, M1A, M1B of the memory cell unit group 30 will be described.

メモリセルユニット10a側のメモリトランジスタ部M0Aの消去時には、図6(A)に示すように、先ず、SD0をドレイン,SD2をソースとして、夫々に4V(消去用正電圧)と0Vを印加する。そして、非選択メモリセルユニット10b側を導通状態のトランスファーゲートとすべく、制御ゲートCG1と補助ゲートWL1に夫々10Vと3Vを印加してチャネル領域に反転層を形成する。これにより、選択メモリセルユニット10aは、SD0がドレイン、SD1がソースとなり、SD1が0Vに接地される。選択メモリセルユニット10a側の制御ゲートCG0に−6Vの消去用負電圧を印加し、補助ゲートWL0に補助トランジスタをオフするために閾値電圧以下のゲート電圧、例えば負電圧を印加すると、反対側のメモリトランジスタ部M0Bの書き込み状態に関係なく、ドレインSD0の端部にバンド間電流が流れ、制御ゲートCG1とドレインSD0間の高電圧差によって、ホットホールがメモリトランジスタ部M0Aのメモリ記憶体に注入されメモリトランジスタ部M0Aの閾値電圧が低下し、メモリトランジスタ部M0Aの消去が行われる。ここで、補助ゲートWL0に負電圧を印加することで、ホットホール注入の効率が上がり、消去速度を早くできる。尚、反対側のメモリトランジスタ部M0Bでは、制御ゲートCG1とソースSD1間に十分な電圧差が印加されておらず、消去は行われない。   When erasing the memory transistor unit M0A on the memory cell unit 10a side, as shown in FIG. 6A, first, 4V (positive voltage for erasure) and 0V are applied using SD0 as a drain and SD2 as a source, respectively. Then, 10V and 3V are applied to the control gate CG1 and the auxiliary gate WL1, respectively, so as to make the non-selected memory cell unit 10b side a conductive transfer gate, thereby forming an inversion layer in the channel region. As a result, in the selected memory cell unit 10a, SD0 serves as a drain, SD1 serves as a source, and SD1 is grounded to 0V. When a negative voltage of -6V for erasing is applied to the control gate CG0 on the selected memory cell unit 10a side and a gate voltage lower than the threshold voltage, for example, a negative voltage is applied to the auxiliary gate WL0 to turn off the auxiliary transistor, Regardless of the writing state of the memory transistor portion M0B, an interband current flows through the end of the drain SD0, and hot holes are injected into the memory storage body of the memory transistor portion M0A due to the high voltage difference between the control gate CG1 and the drain SD0. The threshold voltage of the memory transistor portion M0A decreases, and the memory transistor portion M0A is erased. Here, by applying a negative voltage to the auxiliary gate WL0, the efficiency of hot hole injection is increased and the erase speed can be increased. In the memory transistor portion M0B on the opposite side, a sufficient voltage difference is not applied between the control gate CG1 and the source SD1, and erasing is not performed.

次に、メモリセルユニット10a側のメモリトランジスタ部M0Bの消去動作について説明する。図6(B)に示すように、先ず、SD2をドレイン,SD0をソースとして、夫々に4V(消去用正電圧)と0Vを印加する。そして、非選択メモリセルユニット10b側を導通状態のトランスファーゲートとすべく、制御ゲートCG1と補助ゲートWL1に夫々10Vと3Vを印加してチャネル領域に反転層を形成する。これにより、選択メモリセルユニット10aは、SD1がドレイン、SD0がソースとなり、SD1に4V(消去用正電圧)が印加される。選択メモリセルユニット10a側の制御ゲートCG0に−6Vの消去用負電圧を印加し、補助ゲートWL0に補助トランジスタをオフするために閾値電圧以下のゲート電圧、例えば負電圧を印加すると、反対側のメモリトランジスタ部M0Aの書き込み状態に関係なく、ドレインSD1の端部にバンド間電流が流れ、制御ゲートCG1とドレインSD1間の高電圧差によって、ホットホールがメモリトランジスタ部M0Bのメモリ記憶体に注入されメモリトランジスタ部M0Bの閾値電圧が低下し、メモリトランジスタ部M0Bの消去が行われる。ここで、補助ゲートWL0に負電圧を印加することで、ホットホール注入の効率が上がり、消去速度を早くできる。尚、反対側のメモリトランジスタ部M0Aでは、制御ゲートCG1とソースSD0間に十分な電圧差が印加されておらず、消去は行われない。   Next, the erase operation of the memory transistor unit M0B on the memory cell unit 10a side will be described. As shown in FIG. 6B, first, 4 V (erasing positive voltage) and 0 V are applied to SD2 as a drain and SD0 as a source, respectively. Then, 10V and 3V are applied to the control gate CG1 and the auxiliary gate WL1, respectively, so as to make the non-selected memory cell unit 10b side a conductive transfer gate, thereby forming an inversion layer in the channel region. Thereby, in the selected memory cell unit 10a, SD1 serves as a drain and SD0 serves as a source, and 4V (positive voltage for erasure) is applied to SD1. When a negative voltage of -6V for erasing is applied to the control gate CG0 on the selected memory cell unit 10a side and a gate voltage lower than the threshold voltage, for example, a negative voltage is applied to the auxiliary gate WL0 to turn off the auxiliary transistor, Regardless of the write state of the memory transistor portion M0A, an interband current flows through the end of the drain SD1, and hot holes are injected into the memory storage of the memory transistor portion M0B due to the high voltage difference between the control gate CG1 and the drain SD1. The threshold voltage of the memory transistor portion M0B decreases, and the memory transistor portion M0B is erased. Here, by applying a negative voltage to the auxiliary gate WL0, the efficiency of hot hole injection is increased and the erase speed can be increased. In the memory transistor portion M0A on the opposite side, a sufficient voltage difference is not applied between the control gate CG1 and the source SD0, and erasing is not performed.

次に、メモリセルユニット10a側のメモリトランジスタ部M0A,M0Bの両メモリトランジスタ部の消去動作について説明する。図6(C)に示すように、先ず、SD2とSD0の両端子に4V(消去用正電圧)を印加する。そして、非選択メモリセルユニット10b側を導通状態のトランスファーゲートとすべく、制御ゲートCG1と補助ゲートWL1に夫々10Vと3Vを印加してチャネル領域に反転層を形成する。これにより、選択メモリセルユニット10aは、SD1とSD0に4V(消去用正電圧)が印加される。選択メモリセルユニット10a側の制御ゲートCG0に−6Vの消去用負電圧を印加し、補助ゲートWL0に補助トランジスタをオフするために閾値電圧以下のゲート電圧、例えば負電圧を印加すると、SD0とSD1の両方のドレイン端部にバンド間電流が流れ、制御ゲートCG1とドレインSD0とSD1間の高電圧差によって、ホットホールがメモリトランジスタ部M0A,M0Bの両方のメモリ記憶体に注入されメモリトランジスタ部M0A,M0Bの各閾値電圧が低下し、メモリトランジスタ部M0A,M0Bの両方の消去が同時に行われる。ここで、補助ゲートWL0に負電圧を印加することで、ホットホール注入の効率が上がり、消去速度を早くできる。   Next, the erasing operation of both the memory transistor units M0A and M0B on the memory cell unit 10a side will be described. As shown in FIG. 6C, first, 4V (erasing positive voltage) is applied to both terminals SD2 and SD0. Then, 10V and 3V are applied to the control gate CG1 and the auxiliary gate WL1, respectively, so as to make the non-selected memory cell unit 10b side a conductive transfer gate, thereby forming an inversion layer in the channel region. As a result, 4 V (erasable positive voltage) is applied to SD1 and SD0 in the selected memory cell unit 10a. When a negative voltage of -6V for erasing is applied to the control gate CG0 on the selected memory cell unit 10a side, and a gate voltage lower than the threshold voltage, for example, a negative voltage is applied to the auxiliary gate WL0 to turn off the auxiliary transistor, SD0 and SD1 A band-to-band current flows through both drain ends, and a high voltage difference between the control gate CG1 and the drains SD0 and SD1 causes hot holes to be injected into both memory storage bodies of the memory transistor portions M0A and M0B. , M0B are lowered, and both of the memory transistor portions M0A, M0B are erased simultaneously. Here, by applying a negative voltage to the auxiliary gate WL0, the efficiency of hot hole injection is increased and the erase speed can be increased.

上記各消去動作において、補助ゲートWL0を共有する他のメモリセルユニット群30についても、両端のSD0とSD2への印加電圧を同様に行えば、同時に同様の消去が行われることになる。   In each of the above erasing operations, the same erasing is simultaneously performed on the other memory cell unit group 30 sharing the auxiliary gate WL0 if the voltages applied to the SD0 and SD2 at both ends are similarly performed.

メモリセルユニット10b側のメモリトランジスタ部M1A,M1Bの消去動作については、上記メモリセルユニット10a側の動作に準じて行えばよいので、重複する説明は割愛する。   The erasing operation of the memory transistor units M1A and M1B on the memory cell unit 10b side may be performed in accordance with the operation on the memory cell unit 10a side, and thus a duplicate description is omitted.

尚、メモリセルユニット群30を構成するメモリセルユニット10が3以上の場合は、非選択となるメモリセルユニット10が増えるだけで、選択及び非選択の制御ゲート19と補助ゲート21に対する電圧印加条件はメモリセルユニット10が2つの場合と同様に扱えばよい。   When the number of memory cell units 10 constituting the memory cell unit group 30 is three or more, only the number of memory cell units 10 that are not selected increases, and voltage application conditions for the control gate 19 and the auxiliary gate 21 that are selected and not selected. May be handled in the same manner as in the case of two memory cell units 10.

次に、メモリセルユニット群30を用いたメモリセルアレイ構成の一例を図7に示す。図7に示すように、本発明装置で使用するメモリセルアレイは、行方向(補助ゲート21及び制御ゲート19の延伸方向)と列方向(ビット線BL0〜kの延伸方向)に夫々、メモリセルユニット群30を複数配列して構成される。 Next, an example of a memory cell array configuration using the memory cell unit group 30 is shown in FIG. As shown in FIG. 7, the memory cell array used in the device of the present invention has memory cells in the row direction (extension direction of the auxiliary gate 21 and the control gate 19) and the column direction (extension direction of the bit lines BL0 to k ), respectively. A plurality of unit groups 30 are arranged.

同一列の複数のメモリセルユニット群30は夫々、一端の拡散領域13が2本のビット線BL,BLi+1の一方に接続し、他端の拡散領域13が該2本のビット線BL,BLi+1の他方に接続して、該2本のビット線BL,BLi+1の 間で相互に並列接続する。尚、各ビット線BLは金属配線により形成され、メモリセルユニット群30の両端の各拡散領域13とビット線BL間はコンタクトを介して接続されるが、中間の拡散領域には外部の信号配線との接続用のコンタクトは存在しない。 In each of the plurality of memory cell unit groups 30 in the same column, one diffusion region 13 is connected to one of two bit lines BL i and BL i + 1 , and the other diffusion region 13 is connected to the two bit lines BL i. , BL i + 1 , and connected in parallel between the two bit lines BL i , BL i + 1 . Each bit line BL is formed of a metal wiring, and each diffusion region 13 at both ends of the memory cell unit group 30 is connected to the bit line BL through a contact, but an external signal wiring is connected to the intermediate diffusion region. There is no contact for connection with.

また、行方向(ビット線BL0〜kの並列方向)に配列された同一行の複数のメモリセルユニット群30は夫々、補助ゲート21及び制御ゲート19を相互に共有し、一端の拡散領域13が2本のビット線BL,BLi+1(i=0〜k−1)の並列方向)の一方に接続し、他端の拡散領域13が該2本のビット線BL,BLi+1の他方に接続する。ここで、行方向に隣接する2つのメモリセルユニット群30は、両端の拡散領域13の一方同士が、1本のビット線BL(j=1〜k−1)に共通に接続する。 The plurality of memory cell unit groups 30 in the same row arranged in the row direction (the parallel direction of the bit lines BL0 to k ) share the auxiliary gate 21 and the control gate 19 with each other, and the diffusion region 13 at one end. Is connected to one of the two bit lines BL i and BL i + 1 (i = 0 to k−1) in parallel, and the other diffusion region 13 is connected to the other of the two bit lines BL i and BL i + 1 . Connect to. Here, in the two memory cell unit groups 30 adjacent in the row direction, one of the diffusion regions 13 at both ends is commonly connected to one bit line BL j (j = 1 to k−1).

従って、図7に示すメモリセルアレイの中から1または複数のメモリセルユニット群30を選択して、上記各メモリ動作を実行する場合は、メモリ動作の対象となるメモリセルユニット群30に接続する隣接する2本のビット線と2組の補助ゲート21と制御ゲート19を選択して、上記説明の要領で所定の動作電圧を印加する。選択メモリセルユニット群30に行方向に隣接する非選択メモリセルユニット群30に対しては、隣接するビット線間の電圧が0Vとなるようにし、他の非選択メモリセルユニット群30に対しては、ビット線をフローティング状態とする。また、非選択メモリセルユニット群30の補助ゲート21と制御ゲート19は夫々0Vに接地して、各メモリセルユニット10を非活性化する。図8に、図7に示すメモリセルアレイに対する各メモリ動作の動作条件の一例を一覧表にして示す。尚、図8に示す消去動作は、補助ゲートWLに接続する同一行のメモリセルユニット10を一括して消去する場合を想定している。 Therefore, when one or a plurality of memory cell unit groups 30 are selected from the memory cell array shown in FIG. 7 and each of the above memory operations is executed, adjacent memory cell unit groups 30 that are the target of the memory operation are connected. Two bit lines and two sets of auxiliary gates 21 and control gates 19 are selected, and a predetermined operating voltage is applied as described above. With respect to the non-selected memory cell unit group 30 adjacent to the selected memory cell unit group 30 in the row direction, the voltage between the adjacent bit lines is set to 0 V, and the other non-selected memory cell unit groups 30 are compared with each other. Causes the bit line to float. Further, the auxiliary gate 21 and the control gate 19 of the non-selected memory cell unit group 30 are grounded to 0V, respectively, and each memory cell unit 10 is deactivated. FIG. 8 is a table showing an example of operating conditions of each memory operation for the memory cell array shown in FIG. Incidentally, the erase operation shown in FIG. 8, it is assumed that collectively erased memory cell units 10 in the same row to be connected to the auxiliary gate WL n.

尚、図8に示す書き込み動作条件において、メモリトランジスタ部Mn,1(B)への書き込みを行う場合、上述の動作条件に加えて、選択メモリセルユニット群30に接続する2本のビット線BL0,BL1(選択ビット線)の内の高電圧(4V印加)側の選択ビット線BL1に隣接する非選択のビット線BL2に、補助ゲートWLnに印加されている補助トランジスタの閾値電圧に近い0.5Vと同電圧を印加することで、ビット線BL1,BL2間の非選択メモリセルユニット群の補助トランジスタがオフし、非選択メモリセルユニット群に接続する2本のビット線BL1,BL2間は非導通となる。この電圧印加方法では、高電圧(4V印加)側の選択ビット線側に位置する非選択メモリセルユニット群にのみ接続する非選択ビット線の内、高電圧(4V印加)側の選択ビット線BL1に隣接する非選択のビット線BL2を除き、電圧印加を要せず(0V印加またはフローティング)、非選択ビット線間を非導通とすることができ、低消費電力化を図る上で好都合である。   In the write operation condition shown in FIG. 8, when writing to the memory transistor unit Mn, 1 (B), in addition to the above-described operation condition, two bit lines BL0 connected to the selected memory cell unit group 30 are used. , BL1 (selected bit line) of the non-selected bit line BL2 adjacent to the selected bit line BL1 on the high voltage (4 V applied) side is close to the threshold voltage of the auxiliary transistor applied to the auxiliary gate WLn. By applying the same voltage as 5 V, the auxiliary transistor of the non-selected memory cell unit group between the bit lines BL1 and BL2 is turned off, and the two bit lines BL1 and BL2 connected to the non-selected memory cell unit group are not connected. It becomes conduction. In this voltage application method, among the unselected bit lines connected only to the unselected memory cell unit group located on the selected bit line side on the high voltage (4 V applied) side, the selected bit line BL1 on the high voltage (4 V applied) side. Except for the non-selected bit line BL2 adjacent to, no voltage application is required (0V application or floating), and the non-selected bit lines can be made non-conductive, which is advantageous in reducing power consumption. .

図7に示すメモリセルアレイでは、メモリ動作の対象となるメモリセルユニット群30中の何れのメモリセルユニット10を選択するかによって、選択された2本のビット線の何れがソースまたはドレインとなるかが変化する。従って、本発明装置のメモリセルアレイは、ビット線と仮想接地線が交替可能な仮想接地型のNAND型アレイ構成となっている。   In the memory cell array shown in FIG. 7, which of the selected two bit lines becomes the source or drain depending on which memory cell unit 10 in the memory cell unit group 30 to be subjected to the memory operation is selected. Changes. Therefore, the memory cell array of the device of the present invention has a virtual ground NAND type array configuration in which bit lines and virtual ground lines can be interchanged.

以上、本発明装置のメモリセルアレイ構成について詳細に説明したが、メモリセルユニット10を複数直列接続して構成されるメモリセルユニット群30を使用する限りにおいて、メモリセルアレイ構成は、図7に示す実施例に限定されるものではない。また、各メモリ動作における電圧条件は一例であり、具体的なメモリの構成に応じて適宜設定可能である。   The memory cell array configuration of the device of the present invention has been described in detail above. However, as long as the memory cell unit group 30 configured by connecting a plurality of memory cell units 10 in series is used, the memory cell array configuration is shown in FIG. It is not limited to examples. The voltage condition in each memory operation is an example, and can be set as appropriate according to the specific memory configuration.

〈第2実施形態〉
次に、本発明装置の第2実施形態について説明する。第2実施形態では、第1実施形態と異なり、複数のメモリセルユニット10が直列接続してメモリセルユニット群を構成せずに、単体のメモリセルユニット10として利用する場合について説明する。
Second Embodiment
Next, a second embodiment of the device of the present invention will be described. In the second embodiment, unlike the first embodiment, a case will be described in which a plurality of memory cell units 10 are connected in series and used as a single memory cell unit 10 without constituting a memory cell unit group.

図9に、単体でのメモリセルユニット10の概略構成を模式的に示す。図9(A)は、メモリセルユニット10の補助ゲート21と素子分離領域11とその間の活性領域12のみを示した平面図で、図9(B)は、図9(A)に示す活性領域12上のX−X’に沿った断面図である。図9(C)は、メモリセルユニット10を後述する3つのトランジスタ部で表した等価回路図である。   FIG. 9 schematically shows a schematic configuration of the single memory cell unit 10. FIG. 9A is a plan view showing only the auxiliary gate 21, the element isolation region 11, and the active region 12 between them, and FIG. 9B shows the active region shown in FIG. 12 is a cross-sectional view taken along the line XX ′ on FIG. FIG. 9C is an equivalent circuit diagram in which the memory cell unit 10 is represented by three transistor portions described later.

図9に示すように、1つのメモリセルユニット10は、活性領域12内に形成された2つの拡散領域13と、その2つの拡散領域13間のチャネル領域14上に順番に配置された第1メモリトランジスタ部15と補助トランジスタ部17と第2メモリトランジスタ部16を備えて構成される。第1メモリトランジスタ部15と第2メモリトランジスタ部16は、2つの拡散領域13に夫々近接する第1チャネル領域14aと第2チャネル領域14b上に、電荷の多寡により情報を記憶するメモリ機能体18と制御ゲート19を積層して形成される。補助トランジスタ部17は、第1チャネル領域14aと第2チャネル領域14bの中間に位置する第3チャネル領域14c上に形成されたゲート絶縁膜20と補助ゲート21で構成される。より具体的には、補助ゲート21はポリシリコンまたはポリシリコンと金属サリサイド膜等を図3(A)に示すようにX−X’と直交するストライプパターン状に形成する。第1メモリトランジスタ部15と第2メモリトランジスタ部16の各メモリ機能体18と制御ゲート19は、補助トランジスタ部17を形成した後、補助トランジスタ部17上にメモリ機能体18と制御ゲート19となる膜を順次堆積してエッチバックすることにより、補助ゲート21の両側にサイドウォール状に自己整合的に形成される。メモリ機能体18は、例えば、シリコン酸化膜−シリコン窒化膜−シリコン酸化膜(ONO膜)等の電子を捕獲して蓄積する機能を有するトラッピング膜で形成され、制御ゲート19は、例えば、ポリシリコン等で形成される。拡散領域13は、第1メモリトランジスタ部15と第2メモリトランジスタ部16を形成した後に、各トランジスタ部15〜17をマスクとしてN型の不純物イオンを注入して形成される。尚、メモリセルユニット10は、1つのスプリットゲート型のメモリセルトランジスタとして構成され、2つの拡散領域13は、当該メモリセルトランジスタのソース電極及びドレイン電極となる。また、拡散領域13は、周辺回路用の周辺トランジスタのソース/ドレインと同時に形成されるため、浅い拡散層の形成が可能となる。   As shown in FIG. 9, one memory cell unit 10 includes two diffusion regions 13 formed in the active region 12 and first channels arranged in order on a channel region 14 between the two diffusion regions 13. The memory transistor unit 15, the auxiliary transistor unit 17, and the second memory transistor unit 16 are provided. The first memory transistor unit 15 and the second memory transistor unit 16 have a memory function body 18 for storing information on the first channel region 14a and the second channel region 14b adjacent to the two diffusion regions 13 according to the amount of charges. And the control gate 19 are stacked. The auxiliary transistor portion 17 includes a gate insulating film 20 and an auxiliary gate 21 formed on the third channel region 14c located between the first channel region 14a and the second channel region 14b. More specifically, the auxiliary gate 21 is formed of polysilicon or polysilicon and a metal salicide film in a stripe pattern orthogonal to X-X ′ as shown in FIG. The memory function body 18 and the control gate 19 of the first memory transistor section 15 and the second memory transistor section 16 become the memory function body 18 and the control gate 19 on the auxiliary transistor section 17 after forming the auxiliary transistor section 17. By sequentially depositing and etching back the film, both sides of the auxiliary gate 21 are formed in a self-aligned manner in a sidewall shape. The memory function body 18 is formed of a trapping film having a function of capturing and accumulating electrons, such as silicon oxide film-silicon nitride film-silicon oxide film (ONO film), and the control gate 19 is formed of, for example, polysilicon. Etc. are formed. The diffusion region 13 is formed by forming the first memory transistor portion 15 and the second memory transistor portion 16 and then implanting N-type impurity ions using the transistor portions 15 to 17 as a mask. The memory cell unit 10 is configured as one split gate type memory cell transistor, and the two diffusion regions 13 serve as a source electrode and a drain electrode of the memory cell transistor. Further, since the diffusion region 13 is formed simultaneously with the source / drain of the peripheral transistor for the peripheral circuit, a shallow diffusion layer can be formed.

第1メモリトランジスタ部15と第2メモリトランジスタ部16の各制御ゲート19は、図9(B)では、夫々分離して形成されているが、本実施形態では、回路上、同じ制御電圧を印加可能に構成している。   Each control gate 19 of the first memory transistor portion 15 and the second memory transistor portion 16 is formed separately in FIG. 9B, but in this embodiment, the same control voltage is applied on the circuit. It is configured as possible.

本実施形態では、メモリセルユニット10は単体で利用されるため、メモリセルユニット10の両端に位置する2つの拡散領域13a,13bは、図示しないが、後述するメモリ動作における信号の入出力端子として、コンタクトを介して2本のメタル配線(ビット線)と各別に接続することになる。ここで、記憶単位当たりのメモリセル面積を小さくするために、ビット線の延伸方向(図9(A)のX−X’方向)に隣接する2つのメモリセルユニット10間で、2つの拡散領域13a,13bの一方と他方が1つの拡散領域と1つのコンタクトを共有する。補助ゲート21の延伸方向(ビット線の並列方向)に隣接する2つのメモリセルユニット10間で、2つの拡散領域13a,13bの一方同士が1つのコンタクトを共有して、2本のビット線の内の1本と接続する。この結果、1つのメモリセルユニット10は、2つの拡散領域13a,13bの一方側において、ビット線の延伸方向と補助ゲート21の延伸方向に隣接する他の3つのメモリセルユニット10と1つのコンタクトを共有し、2つの拡散領域13a,13bの他方側においても同様に、ビット線の延伸方向と補助ゲート21の延伸方向に隣接する他の3つのメモリセルユニット10と1つのコンタクトを共有するため、1つのメモリセルユニット10当たりに要するコンタクトの数は0.5個である。   In this embodiment, since the memory cell unit 10 is used as a single unit, the two diffusion regions 13a and 13b located at both ends of the memory cell unit 10 are not shown, but are used as signal input / output terminals in a memory operation to be described later. The two metal wirings (bit lines) are connected separately through contacts. Here, in order to reduce the memory cell area per storage unit, two diffusion regions are formed between two memory cell units 10 adjacent to each other in the bit line extending direction (XX ′ direction in FIG. 9A). One and the other of 13a and 13b share one diffusion region and one contact. Between the two memory cell units 10 adjacent to each other in the extending direction of the auxiliary gate 21 (parallel direction of the bit lines), one of the two diffusion regions 13a and 13b shares one contact, and the two bit lines Connect to one of these. As a result, one memory cell unit 10 has one contact with the other three memory cell units 10 adjacent in the extending direction of the bit line and the extending direction of the auxiliary gate 21 on one side of the two diffusion regions 13a and 13b. Similarly, the other side of the two diffusion regions 13a and 13b shares one contact with the other three memory cell units 10 adjacent to each other in the extending direction of the bit line and the extending direction of the auxiliary gate 21. The number of contacts required per memory cell unit 10 is 0.5.

次に、本発明装置のメモリセルユニット10に対するメモリ動作(データの読み出し動作、書き込み動作、及び、消去動作)について説明する。ここで、全てのメモリ動作の説明において、図10〜図12に示すように、メモリセルユニット10の2つの制御ゲート19をCGとし電気的に同電圧が印加される構成とし、補助ゲート21をWL1とし、2つのメモリトランジスタ部15,16を夫々MA,MBとする。そして、メモリセルユニット10の両端に位置する2つの拡散領域13a,13bをSD0,SD1とする。   Next, memory operations (data read operation, write operation, and erase operation) for the memory cell unit 10 of the present invention device will be described. Here, in the description of all the memory operations, as shown in FIGS. 10 to 12, the two control gates 19 of the memory cell unit 10 are CG and are configured to be electrically applied with the same voltage, and the auxiliary gate 21 is It is assumed that WL1 and the two memory transistor portions 15 and 16 are MA and MB, respectively. The two diffusion regions 13a and 13b located at both ends of the memory cell unit 10 are denoted as SD0 and SD1.

(読み出し動作)
図10を参照して、メモリセルユニット10の任意のメモリトランジスタ部MA,MBからの読み出し動作について説明する。
(Read operation)
With reference to FIG. 10, the read operation from the arbitrary memory transistor portions MA and MB of the memory cell unit 10 will be described.

メモリトランジスタ部MAの読み出し時には、図10(A)に示すように、先ず、SD0をソース、SD1をドレインとして、夫々に0Vと1.5V(読み出し電圧)を印加する。これにより、SD0−SD1間に読み出し電圧が印加される。制御ゲートCGと補助ゲートWLに夫々0Vと3Vを印加し、補助トランジスタをオン状態にする。また、メモリセルユニット10を流れるドレイン電流(読み出し電流)は、ドレインSD1からの拡散層の延びにより、ドレインSD1側のメモリトランジスタ部MBのメモリ記憶体の電荷蓄積量(書き込み状態か消去状態かの違い)に大きく影響されず、専ら、ソースSD0側の読み出し対象のメモリトランジスタ部MAのメモリ記憶体の電荷蓄積量により決定される。従って、メモリトランジスタ部MAのメモリ記憶体の電荷蓄積量(電子蓄積量)が多い程、メモリトランジスタ部MAの閾値電圧が高くなる。制御ゲートCGへの印加電圧0Vより、閾値電圧が高いとメモリトランジスタ部MAがオフしてメモリセルユニット10が非導通状態となり、閾値電圧が低いとメモリトランジスタ部MAがオンしてメモリセルユニット10が導通状態となり、メモリトランジスタ部MAの読み出しが可能となる。   At the time of reading from the memory transistor portion MA, as shown in FIG. 10A, first, 0V and 1.5V (read voltage) are applied to SD0 as a source and SD1 as a drain, respectively. Thereby, a read voltage is applied between SD0 and SD1. 0V and 3V are applied to the control gate CG and the auxiliary gate WL, respectively, and the auxiliary transistor is turned on. Also, the drain current (read current) flowing through the memory cell unit 10 is caused by the extension of the diffusion layer from the drain SD1, so that the charge accumulation amount (whether written or erased) in the memory storage body of the memory transistor unit MB on the drain SD1 side. It is determined largely by the amount of charge stored in the memory storage body of the memory transistor unit MA to be read on the source SD0 side. Therefore, the larger the charge accumulation amount (electron accumulation amount) of the memory storage body of the memory transistor portion MA, the higher the threshold voltage of the memory transistor portion MA. When the threshold voltage is higher than 0 V applied to the control gate CG, the memory transistor unit MA is turned off and the memory cell unit 10 is turned off. When the threshold voltage is lower, the memory transistor unit MA is turned on and the memory cell unit 10 is turned off. Becomes conductive, and the memory transistor portion MA can be read.

次に、メモリトランジスタ部MBの読み出し動作について説明する。図10(B)に示すように、先ず、SD1をソース,SD0をドレインとして、夫々に0Vと1.5V(読み出し電圧)を印加する。これにより、SD0−SD1間に読み出し電圧が印加される。制御ゲートCGと補助ゲートWLに夫々0Vと3Vを印加し、補助トランジスタをオン状態にする。また、メモリセルユニット10を流れるドレイン電流(読み出し電流)は、ドレインSD0からの拡散層の延びにより、ドレインSD0側のメモリトランジスタ部MAのメモリ記憶体の電荷蓄積量に大きく影響されず、専ら、ソースSD1側の読み出し対象のメモリトランジスタ部MBのメモリ記憶体の電荷蓄積量により決定される。従って、メモリトランジスタ部MBのメモリ記憶体の電荷蓄積量(電子蓄積量)が多い程、メモリトランジスタ部MBの閾値電圧が高くなる。制御ゲートCGへの印加電圧0Vより、閾値電圧が高いとメモリトランジスタ部MBがオフしてメモリセルユニット10が非導通状態となり、閾値電圧が低いとメモリトランジスタ部MBがオンしてメモリセルユニット10が導通状態となり、メモリトランジスタ部MBの読み出しが可能となる。   Next, a read operation of the memory transistor unit MB will be described. As shown in FIG. 10B, first, 0V and 1.5V (read voltage) are applied to SD1 as a source and SD0 as a drain, respectively. Thereby, a read voltage is applied between SD0 and SD1. 0V and 3V are applied to the control gate CG and the auxiliary gate WL, respectively, and the auxiliary transistor is turned on. Further, the drain current (readout current) flowing through the memory cell unit 10 is not greatly affected by the amount of charge accumulated in the memory storage body of the memory transistor portion MA on the drain SD0 side due to the extension of the diffusion layer from the drain SD0. It is determined by the charge storage amount of the memory storage body of the memory transistor unit MB to be read on the source SD1 side. Therefore, as the charge accumulation amount (electron accumulation amount) of the memory storage unit of the memory transistor unit MB increases, the threshold voltage of the memory transistor unit MB increases. When the threshold voltage is higher than 0 V applied to the control gate CG, the memory transistor unit MB is turned off and the memory cell unit 10 is turned off. When the threshold voltage is lower, the memory transistor unit MB is turned on and the memory cell unit 10 is turned off. Becomes conductive, and the memory transistor MB can be read.

ここで、読み出し対象の選択メモリセルユニット10と拡散領域SD0,SD1が同じビット線に接続する同一列の非選択メモリセルユニット10は、補助ゲートWLに0Vを印加することにより、補助トランジスタがオフ状態となり、SD0−SD1間にドレイン電流(読み出し電流)が流れずに非活性化される。   Here, in the non-selected memory cell unit 10 in the same column in which the selected memory cell unit 10 to be read and the diffusion regions SD0 and SD1 are connected to the same bit line, the auxiliary transistor is turned off by applying 0 V to the auxiliary gate WL. In this state, the drain current (readout current) does not flow between SD0 and SD1 and is deactivated.

(書き込み動作)
次に、図11を参照して、メモリセルユニット10の任意のメモリトランジスタ部MA,MBへの書き込み動作について説明する。
(Write operation)
Next, with reference to FIG. 11, a write operation to arbitrary memory transistor portions MA and MB of the memory cell unit 10 will be described.

メモリトランジスタ部MAの書き込み時には、図11(A)に示すように、先ず、SD0をドレイン、SD1をソースとして、夫々に4V(書き込み電圧)と0Vを印加する。これにより、SD0−SD1間に書き込み電圧が印加される。制御ゲートCGに10Vの書き込み電圧を印加し、補助ゲートWLに補助トランジスタの閾値電圧に近い0.5Vを印加し、補助トランジスタを僅かにオン状態にすると、反対側のメモリトランジスタ部MBの書き込み状態に関係なく、SD0−SD1間に電流が流れる。つまり、書き込みに供する電子は、ソース(SD1)側からドレイン(SD0)側に流れる。ここで、メモリセルユニット10のチャネル領域14のメモリトランジスタ部MAと補助ゲートWL間には高電界が生じているので、ソース側(補助トランジスタのチャネル領域側)からメモリトランジスタ部MAのメモリ機能体に向けて加速されてホットエレクトロン注入され、メモリトランジスタ部MAへの書き込みが行われる。尚、反対側のメモリトランジスタ部MBに対しては、チャネル領域14のメモリトランジスタ部MBと補助ゲートWL間には高電界が生じないため、電子は十分に加速されずにメモリトランジスタ部MBのメモリ機能体へはホットエレクトロン注入されない。   At the time of writing in the memory transistor portion MA, as shown in FIG. 11A, first, 4V (write voltage) and 0V are applied to SD0 as a drain and SD1 as a source, respectively. As a result, a write voltage is applied between SD0 and SD1. When a write voltage of 10 V is applied to the control gate CG, 0.5 V close to the threshold voltage of the auxiliary transistor is applied to the auxiliary gate WL, and the auxiliary transistor is turned on slightly, the write state of the memory transistor unit MB on the opposite side Regardless of the current, a current flows between SD0 and SD1. That is, electrons used for writing flow from the source (SD1) side to the drain (SD0) side. Here, since a high electric field is generated between the memory transistor part MA and the auxiliary gate WL in the channel region 14 of the memory cell unit 10, the memory function body of the memory transistor part MA from the source side (channel region side of the auxiliary transistor). Then, hot electrons are injected and data is written into the memory transistor portion MA. Note that a high electric field is not generated between the memory transistor part MB and the auxiliary gate WL in the channel region 14 for the memory transistor part MB on the opposite side, so electrons are not sufficiently accelerated and the memory of the memory transistor part MB is not generated. Hot electrons are not injected into the functional body.

次に、メモリトランジスタ部MBの書き込み動作について説明する。図11(B)に示すように、先ず、SD1をドレイン,SD0をソースとして、夫々に4V(書き込み電圧)と0Vを印加する。これにより、SD0−SD1間に書き込み電圧が印加される。制御ゲートCGに10Vの書き込み電圧を印加し、補助ゲートWLに補助トランジスタの閾値電圧に近い0.5Vを印加し、補助トランジスタを僅かにオン状態にすると、反対側のメモリトランジスタ部MAの書き込み状態に関係なく、SD0−SD1間に電流が流れる。つまり、書き込みに供する電子は、ソース(SD0)側からドレイン(SD1)側に流れる。ここで、選択メモリセルユニット10のチャネル領域14のメモリトランジスタ部MBと補助ゲートWL間には高電界が生じているので、ソース側(補助トランジスタのチャネル領域側)からメモリトランジスタ部MBのメモリ機能体に向けて加速されてホットエレクトロン注入され、メモリトランジスタ部MBへの書き込みが行われる。尚、反対側のメモリトランジスタ部MAに対しては、チャネル領域14のメモリトランジスタ部MAと補助ゲートWL間には高電界が生じないため、電子は十分に加速されずにメモリトランジスタ部MAのメモリ機能体へはホットエレクトロン注入されない。   Next, the write operation of the memory transistor unit MB will be described. As shown in FIG. 11B, first, 4V (write voltage) and 0V are applied to SD1 as a drain and SD0 as a source, respectively. As a result, a write voltage is applied between SD0 and SD1. When a write voltage of 10V is applied to the control gate CG, 0.5V close to the threshold voltage of the auxiliary transistor is applied to the auxiliary gate WL, and the auxiliary transistor is turned on slightly, the write state of the memory transistor portion MA on the opposite side Regardless of the current, a current flows between SD0 and SD1. That is, electrons used for writing flow from the source (SD0) side to the drain (SD1) side. Here, since a high electric field is generated between the memory transistor portion MB in the channel region 14 of the selected memory cell unit 10 and the auxiliary gate WL, the memory function of the memory transistor portion MB from the source side (channel region side of the auxiliary transistor). It is accelerated toward the body and injected with hot electrons, and writing to the memory transistor unit MB is performed. Note that a high electric field is not generated between the memory transistor portion MA and the auxiliary gate WL in the channel region 14 for the memory transistor portion MA on the opposite side. Hot electrons are not injected into the functional body.

上記の如く、メモリトランジスタ部MA,MBの何れのメモリトランジスタ部に対しても、ソース側からのホットエレクトロン注入によるSSI(Source Side Injection)書き込みが行なわれることになり、注入効率を高くできるとともに、書き込み電流も小さくでき、且つ、ドレイン電圧を5V以下に低く抑えることが可能となり、低電圧化・低消費電流化が可能となる。   As described above, SSI (Source Side Injection) writing by hot electron injection from the source side is performed for any of the memory transistor portions MA and MB, and the injection efficiency can be increased. The write current can be reduced, and the drain voltage can be suppressed to 5 V or less, so that the voltage can be reduced and the current consumption can be reduced.

ここで、書き込み対象の選択メモリセルユニット10と拡散領域SD0,SD1が同じビット線に接続する同一列の非選択メモリセルユニット10は、補助ゲートWLに0Vを印加することにより、補助トランジスタがオフ状態となり、SD0−SD1間にドレイン電流(書き込み電流)が流れずに非活性化される。また、制御ゲートCGにも書き込み電圧は印加されない。   Here, in the non-selected memory cell unit 10 in the same column where the selected memory cell unit 10 to be written and the diffusion regions SD0 and SD1 are connected to the same bit line, the auxiliary transistor is turned off by applying 0 V to the auxiliary gate WL. In this state, the drain current (write current) does not flow between SD0 and SD1 and is deactivated. In addition, no write voltage is applied to the control gate CG.

(消去方法)
次に、図12を参照して、メモリセルユニット10の任意のメモリトランジスタ部MA,MBの消去動作について説明する。
(Erase method)
Next, with reference to FIG. 12, an erasing operation of arbitrary memory transistor portions MA and MB of the memory cell unit 10 will be described.

メモリトランジスタ部MAの消去時には、図12(A)に示すように、先ず、SD0をドレイン,SD1をソースとして、夫々に4V(消去用正電圧)と0Vを印加する。また、制御ゲートCGに−6Vの消去用負電圧を印加し、補助ゲートWLに補助トランジスタをオフするために閾値電圧以下のゲート電圧、例えば負電圧を印加すると、反対側のメモリトランジスタ部MBの書き込み状態に関係なく、ドレインSD0の端部にバンド間電流が流れ、制御ゲートCGとドレインSD0間の高電圧差によってホットホールがメモリトランジスタ部MAのメモリ記憶体に注入されメモリトランジスタ部MAの閾値電圧が低下し、メモリトランジスタ部MAの消去が行われる。ここで、補助ゲートWLに負電圧を印加することで、ホットホール注入の効率が上がり、消去速度を早くできる。尚、反対側のメモリトランジスタ部MBでは、制御ゲートCGとソースSD1間に十分な電圧差が印加されておらず、消去は行われない。   At the time of erasing the memory transistor portion MA, as shown in FIG. 12A, first, 4V (erasing positive voltage) and 0V are applied using SD0 as a drain and SD1 as a source, respectively. Further, when a negative voltage of -6V is applied to the control gate CG and a gate voltage lower than a threshold voltage, for example, a negative voltage, is applied to the auxiliary gate WL to turn off the auxiliary transistor, the memory transistor MB on the opposite side Regardless of the write state, an interband current flows through the end of the drain SD0, and hot holes are injected into the memory storage body of the memory transistor unit MA due to a high voltage difference between the control gate CG and the drain SD0. The voltage drops and the memory transistor portion MA is erased. Here, by applying a negative voltage to the auxiliary gate WL, the efficiency of hot hole injection is increased and the erase speed can be increased. In the opposite memory transistor portion MB, a sufficient voltage difference is not applied between the control gate CG and the source SD1, and erasing is not performed.

次に、メモリトランジスタ部MBの消去動作について説明する。図12(B)に示すように、先ず、SD1をドレイン,SD0をソースとして、夫々に4V(消去用正電圧)と0Vを印加する。また、制御ゲートCGに−6Vの消去用負電圧を印加し、補助ゲートWLに補助トランジスタをオフするために閾値電圧以下のゲート電圧、例えば負電圧を印加すると、反対側のメモリトランジスタ部MAの書き込み状態に関係なく、ドレインSD1の端部にバンド間電流が流れ、制御ゲートCGとドレインSD1間の高電圧差によって、ホットホールがメモリトランジスタ部MBのメモリ記憶体に注入されメモリトランジスタ部MBの閾値電圧が低下し、メモリトランジスタ部MBの消去が行われる。ここで、補助ゲートWLに負電圧を印加することで、ホットホール注入の効率が上がり、消去速度を早くできる。尚、反対側のメモリトランジスタ部MAでは、制御ゲートCGとソースSD0間に十分な電圧差が印加されておらず、消去は行われない。   Next, the erase operation of the memory transistor unit MB will be described. As shown in FIG. 12B, first, 4V (erasing positive voltage) and 0V are applied to SD1 as a drain and SD0 as a source, respectively. Further, when a negative voltage of -6V is applied to the control gate CG and a gate voltage lower than a threshold voltage, for example, a negative voltage, is applied to the auxiliary gate WL to turn off the auxiliary transistor, the memory transistor MA of the opposite side Regardless of the write state, an inter-band current flows through the end of the drain SD1, and a high voltage difference between the control gate CG and the drain SD1 causes a hot hole to be injected into the memory storage body of the memory transistor unit MB. The threshold voltage decreases and the memory transistor unit MB is erased. Here, by applying a negative voltage to the auxiliary gate WL, the efficiency of hot hole injection is increased and the erase speed can be increased. In the memory transistor portion MA on the opposite side, a sufficient voltage difference is not applied between the control gate CG and the source SD0, and erasing is not performed.

次に、メモリトランジスタ部MA,MBの両メモリトランジスタ部の同時消去動作について説明する。図12(C)に示すように、先ず、SD1とSD0の両端子に4V(消去用正電圧)を印加する。また、制御ゲートCGに−6Vの消去用負電圧を印加し、補助ゲートWLに補助トランジスタをオフするために閾値電圧以下のゲート電圧、例えば負電圧を印加すると、SD0とSD1の両方のドレイン端部にバンド間電流が流れ、制御ゲートCGとドレインSD0とSD1間の高電圧差によって、ホットホールがメモリトランジスタ部MA,MBの両方のメモリ記憶体に注入されメモリトランジスタ部MA,MBの各閾値電圧が低下し、メモリトランジスタ部MA,MBの両方の消去が同時に行われる。ここで、補助ゲートWLに負電圧を印加することで、ホットホール注入の効率が上がり、消去速度を早くできる。   Next, the simultaneous erasing operation of both memory transistor portions MA and MB will be described. As shown in FIG. 12C, first, 4V (erasing positive voltage) is applied to both terminals SD1 and SD0. Further, when a negative voltage of -6V is applied to the control gate CG and a gate voltage lower than a threshold voltage, for example, a negative voltage, is applied to the auxiliary gate WL to turn off the auxiliary transistor, the drain terminals of both SD0 and SD1 A band-to-band current flows through the gate, and a high voltage difference between the control gate CG and the drains SD0 and SD1 causes hot holes to be injected into both memory storages of the memory transistor units MA and MB. The voltage drops, and both memory transistor parts MA and MB are erased simultaneously. Here, by applying a negative voltage to the auxiliary gate WL, the efficiency of hot hole injection is increased and the erase speed can be increased.

上記各消去動作において、補助ゲートWLを共有する他のメモリセルユニット10についても、両端のSD0とSD1への印加電圧を同様に行えば、同時に同様の消去が行われることになる。   In each of the above erasing operations, the same erasing is performed at the same time for the other memory cell units 10 sharing the auxiliary gate WL if the voltages applied to SD0 and SD1 at both ends are similarly performed.

ここで、消去対象の選択メモリセルユニット10と拡散領域SD0,SD1が同じビット線に接続する同一列の非選択メモリセルユニット10は、補助ゲートWLに例えば消去用正電圧を印加することにより、制御ゲートCGとドレインSD0,SD1間に高電圧が印加されずホットホールがメモリトランジスタ部MA,MBのメモリ記憶体に注入されずに非活性化される。また、補助ゲートWLにも0Vが印加されてオフ状態にして、SD0−SD1間に不要な電流が流れるのを防止する。   Here, the non-selected memory cell unit 10 in the same column in which the selected memory cell unit 10 to be erased and the diffusion regions SD0 and SD1 are connected to the same bit line applies, for example, a positive voltage for erasing to the auxiliary gate WL. A high voltage is not applied between the control gate CG and the drains SD0 and SD1, and hot holes are deactivated without being injected into the memory storage bodies of the memory transistor portions MA and MB. Also, 0V is applied to the auxiliary gate WL to turn it off, thereby preventing unnecessary current from flowing between SD0 and SD1.

次に、メモリセルユニット10を用いたメモリセルアレイ構成の一例を図13に示す。図13に示すように、第2実施形態における本発明装置で使用するメモリセルアレイは、行方向(補助ゲート21及び制御ゲート19の延伸方向)と列方向(ビット線BL0〜kの延伸方向)に夫々、メモリセルユニット10を複数配列して構成される。 Next, an example of a memory cell array configuration using the memory cell unit 10 is shown in FIG. As shown in FIG. 13, the memory cell array used in the device of the present invention in the second embodiment has a row direction (extension direction of the auxiliary gate 21 and the control gate 19) and a column direction (extension direction of the bit lines BL0 to k ). Each of the memory cell units 10 is configured by arranging a plurality of memory cell units 10.

同一列の複数のメモリセルユニット10は夫々、一端の拡散領域13が2本のビット線BL,BLi+1の一方に接続し、他端の拡散領域13が該2本のビット線BL,BLi+1の他方に接続して、該2本のビット線BL,BLi+1の間で相互に並列接続する。尚、各ビット線BLは金属配線により形成され、メモリセルユニット10の両端の各拡散領域13とビット線BL間はコンタクトを介して接続される。 In each of the plurality of memory cell units 10 in the same column, one diffusion region 13 is connected to one of the two bit lines BL i and BL i + 1 , and the other diffusion region 13 is connected to the two bit lines BL i , Connected to the other of BL i + 1 and connected in parallel between the two bit lines BL i and BL i + 1 . Each bit line BL is formed by a metal wiring, and each diffusion region 13 at both ends of the memory cell unit 10 and the bit line BL are connected via a contact.

また、行方向(ビット線BL0〜kの並列方向)に配列された同一行の複数のメモリセルユニット10は夫々、補助ゲート21及び制御ゲート19を相互に共有し、一端の拡散領域13が2本のビット線BL,BLi+1(i=0〜k−1)の並列方向)の一方に接続し、他端の拡散領域13が該2本のビット線BL,BLi+1の他方に接続する。ここで、行方向に隣接する2つのメモリセルユニット10は、両端の拡散領域13の一方同士が、1本のビット線BL(j=1〜k−1)に共通に接続する。 The plurality of memory cell units 10 in the same row arranged in the row direction (the parallel direction of the bit lines BL0 to k ) share the auxiliary gate 21 and the control gate 19 with each other, and the diffusion region 13 at one end is formed. Connected to one of the two bit lines BL i and BL i + 1 (i = 0 to k−1) in parallel, and the diffusion region 13 at the other end is connected to the other of the two bit lines BL i and BL i + 1 . Connecting. Here, in the two memory cell units 10 adjacent in the row direction, one of the diffusion regions 13 at both ends is commonly connected to one bit line BL j (j = 1 to k−1).

従って、図13に示すメモリセルアレイの中から1または複数のメモリセルユニット10を選択して、上記各メモリ動作を実行する場合は、メモリ動作の対象となるメモリセルユニット10に接続する隣接する2本のビット線と2組の補助ゲート21と制御ゲート19を選択して、上記説明の要領で所定の動作電圧を印加する。選択メモリセルユニット10に行方向に隣接する非選択メモリセルユニット10に対しては、隣接するビット線間の電圧が0Vとなるようにし、他の非選択メモリセルユニット10に対しては、ビット線をフローティング状態とする。また、非選択メモリセルユニット10の補助ゲート21と制御ゲート19は夫々0Vに接地して、各メモリセルユニット10を非活性化する。図14に、図13に示すメモリセルアレイに対する各メモリ動作の動作条件の一例を一覧表にして示す。尚、図14に示す消去動作は、補助ゲートWLに接続する同一行のメモリセルユニット10を一括して消去する場合を想定している。 Therefore, when one or a plurality of memory cell units 10 are selected from the memory cell array shown in FIG. 13 and each of the memory operations is executed, two adjacent memory cell units 10 connected to the memory operation target 10 are connected. One bit line, two sets of auxiliary gates 21 and control gate 19 are selected, and a predetermined operating voltage is applied as described above. For the non-selected memory cell unit 10 adjacent to the selected memory cell unit 10 in the row direction, the voltage between the adjacent bit lines is set to 0V, and for the other non-selected memory cell units 10, the bit is Make the line floating. Further, the auxiliary gate 21 and the control gate 19 of the non-selected memory cell unit 10 are grounded to 0V, respectively, and each memory cell unit 10 is deactivated. FIG. 14 is a table showing an example of operating conditions of each memory operation for the memory cell array shown in FIG. Incidentally, the erase operation shown in FIG. 14, it is assumed that collectively erased memory cell units 10 in the same row to be connected to the auxiliary gate WL n.

尚、図14に示す書き込み動作条件において、メモリトランジスタ部Mn,1(B)への書き込みを行う場合、上述の動作条件に加えて、選択メモリセルユニット10に接続する2本のビット線BL0,BL1(選択ビット線)の内の高電圧(4V印加)側の選択ビット線BL1に隣接する非選択のビット線BL2に、補助ゲートWLnに印加されている補助トランジスタの閾値電圧に近い0.5Vと同電圧を印加することで、ビット線BL1,BL2間の非選択メモリセルユニットの補助トランジスタがオフし、非選択メモリセルユニットに接続する2本のビット線BL1,BL2間は非導通となる。この電圧印加方法では、高電圧(4V印加)側の選択ビット線側に位置する非選択メモリセルユニットにのみ接続する非選択ビット線の内、高電圧(4V印加)側の選択ビット線BL1に隣接する非選択のビット線BL2を除き、電圧印加を要せず(0V印加またはフローティング)、非選択ビット線間を非導通とすることができ、低消費電力化を図る上で好都合である。   In the write operation condition shown in FIG. 14, when writing to the memory transistor portion Mn, 1 (B), in addition to the above-described operation condition, two bit lines BL0, BL0 connected to the selected memory cell unit 10 are used. A non-selected bit line BL2 adjacent to the selected bit line BL1 on the high voltage (4 V applied) side of BL1 (selected bit line) is 0.5 V close to the threshold voltage of the auxiliary transistor applied to the auxiliary gate WLn. , The auxiliary transistor of the non-selected memory cell unit between the bit lines BL1 and BL2 is turned off, and the two bit lines BL1 and BL2 connected to the non-selected memory cell unit become non-conductive. . In this voltage application method, among the unselected bit lines connected only to the unselected memory cell units located on the selected bit line side on the high voltage (4 V applied) side, the selected bit line BL1 on the high voltage (4 V applied) side is applied. Except for the adjacent non-selected bit line BL2, voltage application is not required (0V application or floating), and non-conduction bit lines can be made non-conductive, which is advantageous in reducing power consumption.

図13に示すメモリセルアレイでは、メモリ動作の対象となるメモリセルユニット100中の何れのメモリトランジスタ部を選択するかによって、選択された2本のビット線の何れがソースまたはドレインとなるかが変化する。従って、本発明装置のメモリセルアレイは、ビット線と仮想接地線が交替可能な仮想接地型のアレイ構成となっている。   In the memory cell array shown in FIG. 13, which of the two selected bit lines becomes the source or drain depends on which memory transistor unit in the memory cell unit 100 that is the target of the memory operation is selected. To do. Therefore, the memory cell array of the device of the present invention has a virtual ground type array configuration in which bit lines and virtual ground lines can be interchanged.

以上、本発明装置のメモリセルアレイ構成について詳細に説明したが、メモリセルアレイ構成は、図13に示す実施例に限定されるものではない。また、各メモリ動作における電圧条件は一例であり、具体的なメモリの構成に応じて適宜設定可能である。   Although the memory cell array configuration of the device of the present invention has been described in detail above, the memory cell array configuration is not limited to the embodiment shown in FIG. The voltage condition in each memory operation is an example, and can be set as appropriate according to the specific memory configuration.

次に、本発明装置の別実施形態について説明する。   Next, another embodiment of the device of the present invention will be described.

上記各実施形態における消去動作おいて、消去対象のメモリセルユニット10の制御ゲートCGに−6Vの消去用負電圧を印加する場合を説明したが、消去対象のメモリトランジスタ部側の拡散領域SD1またはSD0と制御ゲートCG間に消去に十分な高電圧が印加されれば十分であり、拡散領域SD1またはSD0に印加する消去用正電圧が高ければ、制御ゲートCGに印加する電圧は必ずしも負電圧でなくても構わない。   In the erase operation in each of the above embodiments, the case where a negative voltage for erase of −6 V is applied to the control gate CG of the memory cell unit 10 to be erased has been described, but the diffusion region SD1 on the memory transistor unit side to be erased or It is sufficient if a high voltage sufficient for erasing is applied between SD0 and control gate CG. If the positive voltage for erasing applied to diffusion region SD1 or SD0 is high, the voltage applied to control gate CG is not necessarily a negative voltage. You don't have to.

本発明に係る不揮発性半導体記憶装置は、不揮発性半導体記憶装置に利用可能であり、より詳細には、電荷の多寡により情報を記憶するメモリ機能体を2つ備えたメモリセルをマトリクス状に配列したアレイ構成を有する不揮発性半導体記憶装置に有用である。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention can be used for a nonvolatile semiconductor memory device, and more specifically, memory cells including two memory function bodies that store information according to the amount of charge are arranged in a matrix. This is useful for a nonvolatile semiconductor memory device having the above array configuration.

従来のSI−NAND型アレイ構成を模式的に示す素子断面図Element cross-sectional view schematically showing a conventional SI-NAND array configuration 従来のスタックゲート構造のNAND型アレイ構成を模式的に示す素子断面図Element cross-sectional view schematically showing a conventional NAND gate array structure with a stacked gate structure 本発明に係る不揮発性半導体記憶装置の第1実施形態におけるNAND型アレイを構成するメモリセルユニット群を模式的に示す平面図、断面図、及び、等価回路図The top view, sectional drawing, and equivalent circuit diagram which show typically the memory cell unit group which comprises the NAND type array in 1st Embodiment of the non-volatile semiconductor memory device based on this invention 本発明に係る不揮発性半導体記憶装置の第1実施形態におけるメモリセルユニット群の読み出し動作における動作条件を示す断面図Sectional drawing which shows the operating condition in read-out operation | movement of the memory cell unit group in 1st Embodiment of the non-volatile semiconductor memory device based on this invention. 本発明に係る不揮発性半導体記憶装置の第1実施形態におけるメモリセルユニット群の書き込み動作における動作条件を示す断面図Sectional drawing which shows the operating condition in write-in operation | movement of the memory cell unit group in 1st Embodiment of the non-volatile semiconductor memory device based on this invention. 本発明に係る不揮発性半導体記憶装置の第1実施形態におけるメモリセルユニット群の消去動作における動作条件を示す断面図Sectional drawing which shows the operating condition in erase | eliminating operation | movement of the memory cell unit group in 1st Embodiment of the non-volatile semiconductor memory device concerning this invention. 本発明に係る不揮発性半導体記憶装置の第1実施形態におけるNAND型アレイ構成を模式的に示す等価回路図1 is an equivalent circuit diagram schematically showing a NAND array configuration in a first embodiment of a nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention; 本発明に係る不揮発性半導体記憶装置の第1実施形態におけるNAND型アレイ構成に対する各メモリ動作の動作条件を示す一覧表Table showing operating conditions of each memory operation for the NAND array configuration in the first embodiment of the nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention. 本発明に係る不揮発性半導体記憶装置の第2実施形態における仮想接地型アレイを構成するメモリセルユニット群を模式的に示す平面図、断面図、及び、等価回路図The top view, sectional drawing, and equivalent circuit diagram which show typically the memory cell unit group which comprises the virtual ground type array in 2nd Embodiment of the non-volatile semiconductor memory device which concerns on this invention 本発明に係る不揮発性半導体記憶装置の第2実施形態におけるメモリセルユニット群の読み出し動作における動作条件を示す断面図Sectional drawing which shows the operating condition in read-out operation | movement of the memory cell unit group in 2nd Embodiment of the non-volatile semiconductor memory device concerning this invention. 本発明に係る不揮発性半導体記憶装置の第2実施形態におけるメモリセルユニット群の書き込み動作における動作条件を示す断面図Sectional drawing which shows the operating condition in write-in operation | movement of the memory cell unit group in 2nd Embodiment of the non-volatile semiconductor memory device based on this invention. 本発明に係る不揮発性半導体記憶装置の第2実施形態におけるメモリセルユニット群の消去動作における動作条件を示す断面図Sectional drawing which shows the operating condition in erase | eliminating operation | movement of the memory cell unit group in 2nd Embodiment of the non-volatile semiconductor memory device based on this invention. 本発明に係る不揮発性半導体記憶装置の第2実施形態における仮想接地型アレイ構成を模式的に示す等価回路図The equivalent circuit schematic which shows typically the virtual ground type | mold array structure in 2nd Embodiment of the non-volatile semiconductor memory device based on this invention 本発明に係る不揮発性半導体記憶装置の第2実施形態における仮想接地型アレイ構成に対する各メモリ動作の動作条件を示す一覧表Table showing operating conditions of each memory operation for the virtual ground type array configuration in the second embodiment of the nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention

符号の説明Explanation of symbols

1: 補助ゲート
2: メモリセルトランジスタ
3: 浮遊ゲート
4: 制御ゲート
5: スタックゲート
6: 拡散層
10,10a,10b: メモリセルユニット
11: 素子分離領域
12: 活性領域
13,13a,13b,13c: 拡散領域
14: チャネル領域
14a: 第1チャネル領域
14b: 第2チャネル領域
14c: 第3チャネル領域
15: 第1メモリトランジスタ部
16: 第2メモリトランジスタ部
17: 補助トランジスタ部
18: メモリ機能体
19: 制御ゲート
20: ゲート絶縁膜
21: 補助ゲート
30: メモリセルユニット群
CG,CG0,CG1: 制御ゲート
BL〜BL: ビット線
MA,MB,M0A,M0B,M1A,M1B: メモリトランジスタ部
SD0,SD1,SD2: 拡散領域
WL,WL0,WL1: 補助ゲート
1: Auxiliary gate 2: Memory cell transistor 3: Floating gate 4: Control gate 5: Stack gate 6: Diffusion layer 10, 10a, 10b: Memory cell unit 11: Element isolation region 12: Active region 13, 13a, 13b, 13c : Diffusion region 14: Channel region 14a: First channel region 14b: Second channel region 14c: Third channel region 15: First memory transistor portion 16: Second memory transistor portion 17: Auxiliary transistor portion 18: Memory function body 19 : Control gate 20: Gate insulating film 21: Auxiliary gate 30: Memory cell unit group CG, CG0, CG1: Control gates BL 0 to BL k : Bit lines MA, MB, M0A, M0B, M1A, M1B: Memory transistor section SD0 , SD1, SD2: diffusion region W , WL0, WL1: auxiliary gate

Claims (12)

半導体表面上に形成された2つの拡散領域と、
前記2つの拡散領域間のチャネル領域上の前記拡散領域の一方側に近接する第1チャネル領域上に形成された電荷の多寡により情報を記憶するメモリ機能体と制御ゲートからなる第1メモリトランジスタ部と、
前記チャネル領域上の前記拡散領域の他方側に近接する第2チャネル領域上に形成された電荷の多寡により情報を記憶するメモリ機能体と制御ゲートからなる第2メモリトランジスタ部と、
前記チャネル領域の内の前記第1チャネル領域と前記第2チャネル領域の中間に位置する第3チャネル領域上に形成されたゲート絶縁膜と補助ゲートからなる補助トランジスタ部と、
を有するスプリットゲート構造のメモリセルユニットを、直列に複数接続したNAND型構成のメモリセルユニット群を備えてなり、
前記メモリセルユニット群が、隣接する前記メモリセルユニット間で一方の前記拡散領域を共有し、共有した前記拡散領域にコンタクトを具備しないことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
Two diffusion regions formed on the semiconductor surface;
A first memory transistor unit comprising a memory function body for storing information according to the amount of charge formed on the first channel region adjacent to one side of the diffusion region on the channel region between the two diffusion regions and a control gate When,
A second memory transistor unit comprising a memory function body for storing information according to the amount of charge formed on the second channel region adjacent to the other side of the diffusion region on the channel region, and a control gate;
An auxiliary transistor portion comprising a gate insulating film and an auxiliary gate formed on a third channel region located between the first channel region and the second channel region in the channel region;
A memory cell unit group having a NAND type structure in which a plurality of memory cell units having a split gate structure are connected in series,
The nonvolatile semiconductor memory device, wherein the memory cell unit group shares one diffusion region between adjacent memory cell units, and the shared diffusion region does not have a contact.
前記メモリセルユニット単位で、前記第1及び第2メモリトランジスタ部の前記制御ゲートに同一電圧を印加可能であることを特徴とする請求項1に記載の不揮発性半導体記憶装置。   The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein the same voltage can be applied to the control gates of the first and second memory transistor units in units of the memory cell unit. 前記第1及び第2メモリトランジスタ部の前記メモリ機能体と前記制御ゲートが、前記補助トランジスタ部の前記補助ゲートの両側に、サイドウォール状に自己整合的に形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の不揮発性半導体記憶装置。   The memory function body and the control gate of the first and second memory transistor portions are formed in a side wall shape in a self-aligned manner on both sides of the auxiliary gate of the auxiliary transistor portion. Item 3. The nonvolatile semiconductor memory device according to Item 1 or 2. 前記メモリセルユニット群の両端に位置する前記拡散領域の一方が2本のビット線の一方に接続し、他方が前記2本のビット線の他方に接続して、複数の前記メモリセルユニット群が前記2本のビット線の延伸方向に沿って前記2本のビット線間に並列接続してなることを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の不揮発性半導体記憶装置。   One of the diffusion regions located at both ends of the memory cell unit group is connected to one of the two bit lines, the other is connected to the other of the two bit lines, and a plurality of the memory cell unit groups are 4. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein the two bit lines are connected in parallel along the extending direction of the two bit lines. 5. 互いに平行な複数のビット線の並列方向に前記メモリセルユニット群を複数配列してなり、
前記メモリセルユニット群の両端に位置する前記拡散領域の一方が2本の前記ビット線の一方に接続し、他方が前記2本のビット線の他方に接続し、
前記並列方向に隣接する2つの前記メモリセルユニット群は、前記メモリセルユニット群の両端に位置する前記拡散領域の一方同士が、1本の前記ビット線に共通に接続することを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載の不揮発性半導体記憶装置。
A plurality of the memory cell unit groups are arranged in a parallel direction of a plurality of bit lines parallel to each other,
One of the diffusion regions located at both ends of the memory cell unit group is connected to one of the two bit lines, the other is connected to the other of the two bit lines,
2. The two memory cell unit groups adjacent in the parallel direction, wherein one of the diffusion regions located at both ends of the memory cell unit group is commonly connected to one bit line. Item 5. The nonvolatile semiconductor memory device according to any one of Items 1 to 4.
前記メモリセルユニット群の1つの前記メモリセルユニットの書き込みは、書き込み対象の前記メモリセルユニットを含む前記メモリセルユニット群の両端に位置する前記拡散領域の夫々が各別に接続する2本の前記ビット線を選択ビット線とし、前記選択ビット線でない前記ビット線を非選択ビット線とした場合に、2本の前記選択ビット線の内の印加電圧が高い方の前記選択ビット線に隣接する前記非選択ビット線に所定の電圧を印加し、その他の前記非選択ビット線に接地電圧を印加するか、或いは、フローティング状態とすることにより行うことを特徴とする請求項5に記載の不揮発性半導体記憶装置。   The writing of one memory cell unit of the memory cell unit group is performed by two bits connected to the diffusion regions located at both ends of the memory cell unit group including the memory cell unit to be written. When the selected bit line is a selected bit line and the bit line that is not the selected bit line is a non-selected bit line, the non-selected bit line adjacent to the selected bit line with the higher applied voltage of the two selected bit lines is used. 6. The nonvolatile semiconductor memory according to claim 5, wherein a predetermined voltage is applied to the selected bit line and a ground voltage is applied to the other non-selected bit lines, or a floating state is set. apparatus. 前記メモリセルユニット群の1つの前記メモリセルユニットの書き込みは、前記メモリセルユニット群の両端に位置する前記拡散領域間に書き込み電圧を印加し、書き込み対象の前記メモリセルユニットの前記第1または第2メモリトランジスタ部の前記メモリ機能体に、前記第3チャネル領域側からホットエレクトロン注入することにより行うことを特徴とする請求項1〜6の何れか1項に記載の不揮発性半導体記憶装置。   For writing to one memory cell unit of the memory cell unit group, a write voltage is applied between the diffusion regions located at both ends of the memory cell unit group, and the first or second of the memory cell unit to be written is written. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein hot electron injection is performed from the third channel region side to the memory function body of a two-memory transistor section. 前記メモリセルユニット群の1つの前記メモリセルユニットの消去は、前記メモリセルユニット群の両端に位置する前記拡散領域の少なくとも一方から供給される消去用正電圧を、消去対象の前記メモリセルユニットの2つの前記拡散領域の内の少なくとも何れか一方に印加し、前記消去用正電圧を印加された前記拡散領域から前記メモリ機能体にホットホール注入することにより行うことを特徴とする請求項1〜7の何れか1項に記載の不揮発性半導体記憶装置。   In erasing one memory cell unit of the memory cell unit group, a positive voltage for erasure supplied from at least one of the diffusion regions located at both ends of the memory cell unit group is set to be erased from the memory cell unit to be erased. The method is performed by applying at least one of the two diffusion regions and injecting hot holes from the diffusion region to which the positive voltage for erasure is applied to the memory function body. 8. The nonvolatile semiconductor memory device according to any one of items 7. 前記メモリセルユニット群の1つの前記メモリセルユニットの消去は、前記メモリセルユニット群の両端に位置する前記拡散領域の両方から供給される消去用正電圧を、消去対象の前記メモリセルユニットの2つの前記拡散領域に印加し、前記消去用正電圧を印加された2つの前記拡散領域から2つの前記メモリ機能体に各別にホットホール注入することにより行うことを特徴とする請求項1〜7の何れか1項に記載の不揮発性半導体記憶装置。   In erasing one memory cell unit of the memory cell unit group, a positive voltage for erasure supplied from both of the diffusion regions located at both ends of the memory cell unit group is set to 2 of the memory cell unit to be erased. 8. The method according to claim 1, wherein said hot diffusion is performed by individually injecting hot holes from said two diffusion regions to which said positive voltage for erasure is applied to said two memory function bodies. The non-volatile semiconductor memory device according to any one of the above. 前記メモリセルユニット群の1つの前記メモリセルユニットの消去時に、消去対象の前記メモリセルユニットの前記制御ゲートに消去用負電圧を印加することを特徴とする請求項8または9に記載の不揮発性半導体記憶装置。   10. The nonvolatile memory according to claim 8, wherein a negative voltage for erasure is applied to the control gate of the memory cell unit to be erased when erasing one memory cell unit of the memory cell unit group. Semiconductor memory device. 前記メモリセルユニット群の1つの前記メモリセルユニットの消去時に、消去対象の前記メモリセルユニットの補助ゲートに負電圧を印加することを特徴とする請求項8〜10の何れか1項に記載の不揮発性半導体記憶装置。   11. The negative voltage according to claim 8, wherein a negative voltage is applied to an auxiliary gate of the memory cell unit to be erased when erasing one of the memory cell units in the memory cell unit group. Nonvolatile semiconductor memory device. 前記メモリセルユニットの書き込みをホットホール注入で、前記メモリセルユニットの消去をホットエレクトロン注入で行うことを特徴とする請求項1〜6の何れか1項に記載の不揮発性半導体記憶装置。   7. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein writing into the memory cell unit is performed by hot hole injection and erasing of the memory cell unit is performed by hot electron injection.
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